Erstmals vollständige Bakteriophagen mit Künstlicher Intelligenz generiert

Berlin – Zum ersten Mal haben Forschende in den USA vollständige Genome von Bakteriophagen mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) entworfen. Man habe diese Viren, die Bakterien infizieren, auch synthetisch hergestellt und erfolgreich im Labor getestet, berichtet die Gruppe aus Stanford in einer aktuellen Studie (Science 2026; DOI: 10.1126/science.aec2657).

In Verbindung mit bisherigen Methoden erweitere der Ansatz die Möglichkeiten auf dem Gebiet der synthetischen Genomik und zeige einen Weg auf, wie adaptive und widerstandsfähige Phagentherapien gegen sich rasch entwickelnde Krankheitserreger entwickelt werden können, schreibt die Gruppe um Brian Hie und Samuel King (Arc Institute in Palo Alto und Universität Stanford). Das Verfahren stelle zudem eine Grundlage für die generative Gestaltung größerer, komplexerer Genome dar.

Die Forschenden entwickelten für ihre Studie schon bestehende sogenannte genomische Sprachmodelle gezielt weiter. Es handelt sich dabei um spezielle KI-Werkzeuge, die mit großen Mengen an biologischen Daten trainiert wurden.

Auf diesen Modellen ruhen einerseits große Hoffnungen, etwa in Hinblick auf eine schnellere Medikamenten- und Impfstoffentwicklung. Andererseits weisen Fachleute seit einiger Zeit auf die Gefahr eines Missbrauchs solcher Technologien hin. Eine der Befürchtungen ist das Herstellen neuer Biowaffen.

Das Team um King und Hie wählte einen sehr gut verstandenen Phagen als Ausgangsbasis (ΦX174). Von den KI-Systemen ließen sie sich Gesamtgenomsequenzen mit gewünschtem Wirtstropismus ausgeben. Aus den Tausenden maschinell generierten Entwürfen wählten sie rund 300 aus und testeten die Herstellung im Labor.

Schließlich identifizierten sie 16 funktionsfähige Phagen, deren genetische Sequenzen und Strukturen sich laut der Studie deutlich voneinander unterschieden. Eine Mischung der synthetischen Phagen erwies sich im Laborversuch als in der Lage, die Resistenz gegen den natürlichen Phagen ΦX174 in E. coli-Bakterien zu überwinden.

Bereits die Preprint-Version wurde viel beachtet

Schon das vor knapp einem Jahr veröffentlichte Preprint zur am Donnerstag in Science publizierten Studie hatte in Fachkreisen für Aufsehen gesorgt: Das Deutsche Ärzteblatt berichtete zu Jahresbeginn über die Debatte und Forderungen nach besseren Sicherheitsvorkehrungen in dem Bereich.

Mehrere Fachleute maßen der Arbeit aus Stanford schon damals eine hohe Bedeutung bei, auch wenn die KI-Systeme nach ihrer Einschätzung keine ganz neuen Bakteriophagengenome hervorbrachten. Zudem stuften sie den Weg hin zu neuen Therapieoptionen und zum Entwerfen größerer Genome noch als relativ weit ein.

KI-Entwurf ganzer Genome galt als weit weg

Der Informatiker und KI-Spezialist Aldo Faisal von der Universität Bayreuth, der auch Mitglied des Deutschen Ethikrates ist, hatte damals betont, dass die Arbeit nach abgeschlossenem Peer-Review als Machbarkeitsnachweis gelten könne: „Dann kann niemand mehr sagen, so ein Vorhaben sei zu komplex oder zu weit weg. Das ist Open Source. Viele Forschende könnten das nachmachen, wenn sie wollten“, sagte er.

In einem Kommentar zur Studie in Science (2026; DOI: 10.1126/science.aej8512) ordnen die Biosicherheitsforscher Thomas Inglesby und Moritz Hanke ein, dass es bisher schon gelungen sei, mit KI etwa Proteine, Proteinkomplexe und kurze Genomabschnitte zu gestalten. Das Design eines vollständigen Genoms sei wegen des nötigen Verständnisses der übergreifenden Architektur schwieriger.

Trotz der vielversprechenden Aussichten für die Lebenswissenschaften werfe die Studie dringende Biosicherheitsfragen auf, betonen die Experten vom Center for Health Security der Johns Hopkins University School of Public Health (Baltimore).

Kontrollieren, ohne Fortschritt auszubremsen

„Die Möglichkeit zum Erstellen von Virusgenomen mithilfe von generativer KI ist jetzt vorhanden, die Rahmenbedingungen für einen sicheren Umgang damit fehlen jedoch.“ Risiken durch KI-generierte Organismen sind demnach bislang zu wenig berücksichtigt, Kontrollkonzepte müssen weltweit entwickelt und angewendet werden – und zwar so, dass die Vorteile der Technologie dennoch genutzt werden können.

Hanke hatte im Gespräch mit dem Deutschen Ärzteblatt vor einigen Monaten bereits mehrere Möglichkeiten thematisiert, wie die Sicherheit erhöht werden könnte. Im Blick sind hier etwa auch Hersteller der DNA-Abschnitte, die als Ausgangsmaterial zum Erzeugen lebensfähiger Organismen im Labor gebraucht werden.

„Wenn man die Bestellungen bei diesen Firmen überwacht, bekommt man es mit, wenn jemand Sequenzen hochpathogener Erreger bestellt“, hatte Hanke vorgeschlagen. Die bisherige Selbstkontrolle der DNA-Syntheseanbieter sei oft freiwillig und lückenhaft.

In dem Kommentar wird auch betont, dass die Autoren der Studie sich bewusster mit Fragen der Biosicherheit auseinandersetzten als die meisten Entwickler leistungsfähiger biologischer KI-Modelle. Die Gruppe um Hie und King hält zum Beispiel selbst fest, dass Teams, die ganze Genome entwerfen möchten, entlang des gesamten Prozesses Sicherheitsfachleute hinzuziehen sollten.

Sie selbst schlossen Daten von Viren, die etwa Menschen infizieren können, aus den Trainingsdaten der genomischen Sprachmodelle aus. Diese Sicherheitsmaßnahme sei zwar lobenswert, lasse sich jedoch teilweise umgehen, merken Inglesby und Hanke an.

Thema ist in der Politik erkannt

Die Entwicklungen in dem Bereich sind auch Teil der politischen Diskussion über die Stärkung der Krisenvorsorge. Vor wenigen Wochen hatte die Generaldirektorin für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit bei der Europäischen Kommission, Sandra Gallina, darauf hingewiesen, dass sich die Waffen in der Kriegsführung veränderten: Es könnten Viren oder modifizierte Viren eingesetzt und diese beispielsweise mit Drohnen freigesetzt werden.

In ihrer Abteilung beschäftigte man sich viel mit Künstlicher Intelligenz (KI) und Biosicherheit, hatte sie bei einer Veranstaltung von Bundesärztekammer und Kassenärztlicher Bundesvereinigung in Brüssel berichtet (zum DÄ-Artikel). Gallina sprach sich für eine Stärkung der europäischen Biotechbranche aus, um die Abwanderung von Fachkräften etwa in die USA zu verhindern und um eigene Lösungen entwickeln zu können, da viel biologische Kriegsführung drohe.

Ausschuss im Bundestag zog Expertenrat hinzu

In Deutschland hatte sich erst Anfang Juli der Ausschuss für Forschung, Technologie, Raumfahrt und Technikfolgenabschätzung des Bundestages in einem Fachgespräch mit dem Thema „Biotechnologie und künstliche Intelligenz: Risiken der Forschung für die Sicherheit sowie die Proliferation von Biowaffen“ beschäftigt. Dabei wurde unter anderem ein ausführlicher Bericht des Büros für Technikfolgen-Abschätzung vorgestellt.

Darin heißt es: „Aufgrund allgemeiner Unsicherheiten sowie möglicher Black-Swan-artiger Bedrohungen – das heißt Ereignisse mit sehr geringer Eintrittswahrscheinlichkeit, die aber extreme Effekte haben können, wie etwa die Herstellung pandemischer Viren durch Akteure ohne oder mit nur wenig Fachkenntnissen und praktischer Erfahrung – sollten bereits heute weitere vorsorgende Maßnahmen zum Umgang mit Unsicherheiten und zur Risikominimierung bzw. zur Verbesserung der Resilienz gegenüber möglichen Folgen in Betracht gezogen werden.“

Der Bericht zeigt verschiedene Handlungsoptionen auf. Als zentral wird die Unterstützung des geplanten European Biotech Act genannt, „um eine verpflichtende und EU-weit harmonisierte Sicherheitsüberprüfung für synthetische Nukleinsäuren zu ermöglichen und gleiche Wettbewerbsbedingungen für verantwortungsbewusste Synthesesanbieter zu schaffen“.

Auch könnten demnach prinzipiell Mechanismen für den kontrollierten Zugang zu leistungsfähigen Biodesignmodellen oder zu bestimmten Datensätzen, die die Entwicklung solcher Modelle ermöglichen können, in Betracht gezogen werden.

ggr