KI-entwickelter Impfstoff schützt ganze Virusfamilien und könnte den globalen Umgang mit künftigen Pandemien grundlegend verändern.
Ein Team britischer Forscherinnen und Forscher unter Leitung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universitäten Cambridge und Southampton im Vereinigten Königreich hat den ersten Impfstoff entwickelt, der vollständig von künstlicher Intelligenz entworfen wurde und nun am Menschen getestet wird.
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„Viren wie Influenza, Coronaviren und die Ebola-Gruppe entwickeln sich ständig weiter. Wenn Impfstoffe schließlich eingesetzt werden, passen sie häufig nicht mehr gut – das derzeitige reaktive Impfsystem kommt kaum hinterher“, sagte Professor Saul Faust von der University of Southampton, der die Studie leitet.
In den vergangenen Jahren hat es mehrere Ausbrüche durch Betacoronaviren gegeben, der bedeutendste davon löste die COVID-19-Pandemie aus. Die anhaltende Verbreitung dieser Viren führte zu Mutationen und neuen Varianten.
Weil klar war, dass es Impfstoffe mit deutlich breiterer Schutzwirkung gegen aktuelle und künftige gefährliche Mutationen braucht, entwickelte das Team einen neuen Impfstofftyp. Er soll einen lang anhaltenden Schutz gegen ein breites Spektrum von Viren bieten – etwa gegen Ebola oder die Gruppe der Coronaviren –, selbst wenn sie weiter mutieren.
„Wir haben die Impfstoffentwicklung von einem reaktiven auf ein zukunftssicheres System umgestellt“, sagte Professor Jonathan Heeney vom Laboratory of Viral Zoonotics an der University of Cambridge, der wissenschaftliche Leiter der Forschung.
„Wir haben das Problem herkömmlicher Impfstoffe überwunden, die nur begrenzt schützen. So entkommen wir dem ständigen Kreislauf, in dem wir den im Umlauf befindlichen Virusvarianten hinterherlaufen und die Impfstoffe immer wieder anpassen müssen – wie ein Hund, der seinem eigenen Schwanz nachjagt.“
Heeney ergänzte, diese neue Klasse universeller Impfstoffe könnte möglicherweise sogar vor Viren schützen, die bislang noch gar nicht aufgetreten sind.
Wie kam KI zum Einsatz?
Für diesen Impfstoff nutzten die Forschenden eine vollständig von KI entworfene Wirkkomponente, ein sogenanntes „Superantigen“.
Sie verwenden ein am Computer designtes Protein, das gemeinsame Strukturen verschiedener Coronaviren nachahmt, statt nur einen einzelnen Stamm zu adressieren. So kann das Immunsystem eine breite Palette von Erregern mit diesen Grundeigenschaften bekämpfen.
Das Team griff auf alle verfügbaren Gensequenzen von Sarbeco-Coronaviren zurück – zoonotische Viren, die vor allem bei Fledermäusen zirkulieren und auf Menschen oder andere Säugetiere überspringen können – und setzte darauf aufbauend maschinelles Lernen ein, um das Superantigen zu entwickeln.
Impfstoff kommt ohne Nadeln aus
Eine weitere Neuerung: Dieser Impfstoff kommt ohne Nadel aus. Er wird über einen mikrofluidischen Strahl verabreicht, der den Antigen-Wirkstoff mit einem Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahl direkt in die Haut schießt.
Die Forschenden betonen, dass diese Art der Verabreichung die weltweite Einsetzbarkeit erhöht: Sie benötigt kleinere Volumina, verursacht keinen spitzen Abfall und verbessert die Akzeptanz in Regionen, in denen Injektionen mit Nadeln als Hürde gelten.
Solche Impfstoffe sind in der Regel auch hitzestabiler als mRNA-Impfstoffe und benötigen keine ultrakalten Kühlketten. Das macht sie besonders geeignet für den Einsatz in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen sowie in schnellen Einsatzszenarien.
Wie geht es weiter?
Die erste Studie umfasste eine kleine Zahl von Teilnehmenden und sollte vor allem Sicherheit, Verträglichkeit und die ausgelöste Immunantwort prüfen.
Zwischen Dezember 2021 und September 2023 wurden 39 Freiwillige geimpft. Der Impfstoff war bei allen vier verabreichten Dosen gut verträglich, berichteten die Forschenden; es traten keine nennenswerten Sicherheitsbedenken auf.
„Der bemerkenswerte Erfolg dieser von KI entworfenen Superantigen-Studie ist ein entscheidender Schritt nach vorn, um einen breiten und dauerhaften Virenschutz zu erreichen“, sagte Professorin Marian Knight, wissenschaftliche Direktorin des britischen National Institute for Health and Care Research (NIHR).
Nach diesen positiven Ergebnissen starten die Forschenden nun eine Studie der Phase zwei. Sie soll zeigen, wie gut der Impfstoff bei einer größeren und vielfältigeren Bevölkerungsgruppe Immunantworten auslöst und ob er eine starke, breit schützende Immunität aufbaut.