KI entwickelt innovative Arzneimittel mit Proteinstrukturen: Durchbruch in der Medikamentenforschung
Die Welt der Wissenschaft hat wieder einmal zugeschlagen und dieses Mal ist es ein echter Knaller: Mithilfe von Proteinstrukturen entwickelt Künstliche Intelligenz innovative Arzneimittel. Ja, du hast richtig gehört! Eine Gruppe von Wissenschaftlern der ETH Zürich hat eine computergestützte Methode entwickelt, mit der pharmazeutische Wirkstoffe anhand der dreidimensionalen Struktur eines Proteins generiert werden können. Und das Beste daran? Diese Methode hat das Potenzial, die Medikamentenforschung komplett zu revolutionieren.
Professor Gisbert Schneider, der an der ETH Zürich im Departement Chemie und angewandte Biowissenschaften tätig ist, bezeichnet diesen Fortschritt als bahnbrechend für die Arzneimittelforschung. Gemeinsam mit seinem früheren Doktoranden Kenneth Atz hat er einen innovativen Algorithmus entwickelt, der mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) neue pharmazeutische Wirkstoffe erschafft. Dieser Algorithmus generiert für jedes Protein, dessen dreidimensionale Struktur bekannt ist, Baupläne für Moleküle, die entweder die Aktivität des Proteins erhöhen oder hemmen könnten und somit als potenzielle Medikamente dienen könnten.
Aber wie funktioniert das Ganze eigentlich? Der Algorithmus nutzt die dreidimensionale Oberflächenstruktur des Proteins, um Moleküle zu erzeugen, die gezielt an das Protein binden und mit ihm interagieren können. Vorbei sind die Zeiten der mühsamen manuellen Arbeit, bei der die Suche nach potenziellen Wirkstoffen oft zu Molekülen führte, die schwer oder sogar unmöglich zu synthetisieren waren. Mit Hilfe von KI werden nun Moleküle erschaffen, die von Anfang an chemisch synthetisierbar sind.
Aber das ist noch nicht alles! Der Algorithmus schlägt auch nur solche Moleküle vor, die an der gewünschten Stelle mit dem vorgegebenen Protein interagieren und kaum mit anderen Proteinen. Das bedeutet, dass bereits bei der Entwicklung eines Wirkstoffmoleküls darauf geachtet wird, dass es möglichst geringe Nebenwirkungen hat. Eine Win-Win-Situation für alle!
Um dieses Ziel zu erreichen, haben die Forscher ein KI-Modell mit Informationen über bekannte Interaktionen zwischen chemischen Molekülen und den entsprechenden dreidimensionalen Proteinstrukturen trainiert. In Zusammenarbeit mit Forschern des Pharmaunternehmens Roche und anderen Kooperationspartnern haben sie Tests mit dem neuen Verfahren durchgeführt und seine Leistungsfähigkeit demonstriert. Dabei waren sie auf der Suche nach Molekülen, die eine Interaktion mit Proteinen der PPAR-Klasse eingehen. Diese Proteine kontrollieren die Stoffwechselprozesse von Zucker und Fettsäuren im Körper.
Und was kam dabei heraus? Die Künstliche Intelligenz entwickelte tatsächlich neue Moleküle, die die Aktivität der PPAR-Proteine ähnlich effektiv steigern konnten wie bereits existierende Medikamente. Diese neu entdeckten Substanzen erwiesen sich als stabil und ungiftig, was natürlich ein großer Erfolg für das Team war. Obwohl die Forscher nicht beabsichtigten, diese Moleküle weiterzuverfolgen, um sie als Medikamente auf den Markt zu bringen, wurden sie dennoch verwendet, um das neue KI-Verfahren einem anspruchsvollen ersten Test zu unterziehen.
Aber das ist noch nicht das Ende der Geschichte! Professor Schneider betont, dass der Algorithmus bereits in ähnlichen Studien an der ETH Zürich und in der Industrie angewendet wird. Zum Beispiel in einem Projekt mit dem Kinderspital Zürich zur Therapie von Medulloblastomen, den am häufigsten auftretenden malignen Hirntumoren bei Kindern. Die Forscher haben den Algorithmus und die entsprechende Software sogar veröffentlicht, sodass sie nun weltweit von anderen Wissenschaftlern für ihre eigenen Projekte verwendet werden können.
Professor Schneider ist sich sicher, dass diese Arbeit die Welt der Proteine für die generative KI in der Wirkstoffforschung geöffnet hat. Der neuartige Algorithmus hat wirklich ein beachtliches Potenzial und könnte die Art und Weise, wie wir Medikamente entwickeln, komplett verändern. Wer hätte gedacht, dass Künstliche Intelligenz uns nicht nur beim Surfen im Internet und bei der Steuerung unseres Smart Homes hilft, sondern auch bei der Entwicklung von lebensrettenden Medikamenten? Die Wissenschaft lässt uns einfach immer wieder staunen!
Schlagwörter: PPAR + KI + ETH Zürich
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