Wissenschaftler ahmen Viren mit KI nach und geben damit Hoffnung für künftige Gentherapien
Wissenschaftler imitieren Viren mit künstlicher Intelligenz und geben Hoffnung auf zukünftige Gentherapien durch "Nanokäfige".
Viren mögen der größte Feind der Menschheit sein, aber ihre Struktur fasziniert Wissenschaftler schon lange. Diese winzigen Eindringlinge sind perfekt darauf ausgelegt, genetisches Material zu verpacken und an die Wirtszellen weiterzugeben - ein System, das Wissenschaftler nun für immer kopieren wollen.
Ein Forscherteam unter der Leitung von Professor Sangmin Lee am POSTECH hat diese Inspiration aufgegriffen und künstliche Intelligenz (KI) eingesetzt, um virusähnliche Nanokäfige zu entwerfen, die neue Möglichkeiten für Gentherapie und Impfstoffe eröffnen.
In der Studie wird untersucht, wie KI eingesetzt wurde, um die komplizierte Struktur von Viren nachzubilden, was sie zu einem leistungsstarken Instrument für medizinische Innovationen macht.
Ein revolutionäres Design
Viren sind natürliche Meister der Genübertragung, indem sie ihr Material in Proteinhüllen einkapseln. Inspiriert davon versuchten die Forscher, künstliche Proteine, sogenannte Nanokäfige, zu schaffen, um das virale Verhalten nachzuahmen. Herkömmliche Nanokäfige sind jedoch an ihre Grenzen gestoßen, da sie zu klein sind, um genügend genetisches Material zu tragen, und zu einfach, um zu replizieren, wie Viren multifunktional sein können.
Um dies zu überwinden, nutzte das Team von Professor Lee KI, um Nanokäfige nach dem Vorbild von Viren zu entwerfen. Während Viren meist symmetrisch sind, sind ihre leichten Asymmetrien der Schlüssel zu ihrer Funktionsweise. Mit diesem Ansatz hat das Team zum ersten Mal Nanokäfige in tetraedrischer, oktaedrischer und ikosaedrischer Form geschaffen.
Dabei stach die ikosaedrische Struktur mit einem Durchmesser von 75 Nanometern hervor, die dreimal mehr genetisches Material aufnehmen kann als herkömmliche Vektoren wie Adeno-assoziierte Viren (AAVs). Dies, so die Forscher, ist ein großer Fortschritt in der Gentherapie, wo größere Nutzlasten für die Wirksamkeit entscheidend sind.
Potenzial in der realen Welt
Mithilfe der Elektronenmikroskopie wurde bestätigt, dass die Nanokäfige dem vorgesehenen symmetrischen Design entsprechen.
Die vom koreanischen Wissenschafts- und IKT-Ministerium und dem Howard Hughes Medical Institute unterstützte Forschung verspricht eine Neudefinition der Art und Weise, wie Krankheiten bekämpft werden.
"Die Fortschritte in der künstlichen Intelligenz haben die Tür zu einer neuen Ära geöffnet, in der wir künstliche Proteine entwerfen und zusammensetzen können , um die Bedürfnisse der Menschheit zu erfüllen", sagte Lee.
"Wir hoffen, dass diese Forschung nicht nur die Entwicklung von Gentherapien beschleunigt, sondern auch zu Durchbrüchen bei Impfstoffen der nächsten Generation und anderen biomedizinischen Innovationen führt.
Quellenhinweis:
Four-component protein nanocages designed by programmed symmetry breaking , published in Nature, December 2024.