Covid-19: Neue Methode beschleunigt Impfstoffentwicklung

Mithilfe künstlicher Intelligenz haben Forscher der USC Viterbi School of Engineering in Los Angeles eine Methode entwickelt, um mögliche Impfstoffkandidaten schneller identifizieren zu können. Die Software lässt sich sogar soweit modifizieren, als dass auch Mutationen davon erfasst werden können. Das bringt einen erheblichen Vorteil in der Bekämpfung von Sars-CoV-2.

Sekundenschnelle Analyse

Die Forscher haben hierzu ein Machine-Learning-Modell auf sogenannte Impfstoff-Design-Zyklen angewandt. Dabei werden Impfstoffe über Monate beobachtet und deren Langzeitwirkung analysiert. Durch die lernfähige Software, die sich selbst durch Erfahrung immer weiter trainiert, können bereits innerhalb weniger Sekunden zuverlässige Ergebnisse geliefert werden: „Dieses KI-Framework, angewandt auf die Besonderheiten dieses Virus, kann Impfstoffkandidaten innerhalb von Sekunden bereitstellen und sie schnell in klinische Studien bringen, um präventive medizinische Therapien zu erreichen, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen”, meint Professor Paul Bogdan von der University of Southern California in Los Angeles in einer Pressemitteilung.

Einen Schachzug voraus

Selbst wenn erste Mutationen auftreten, könnten diese dann mithilfe der KI sofort erfasst, analysiert und eingedämmt werden. „Darüber hinaus kann dies angepasst werden, um uns zu helfen dem Coronavirus einen Schritt voraus zu sein, wenn es auf der ganzen Welt mutiert“, erläutert dazu Prof. Bogdan weiter. Dabei wurden bei der Anwendung auf Sars-CoV-2 95 Prozent alle Wirkstoffverbindungen ausgeschlossen, die den Erreger möglicherweise behandeln hätten können. Die besten Optionen wurden als Ergebnis ausgewiesen und ebnen damit möglichen Impfstoffen den direkten Weg zu klinischen Studien.

Aus einem Jahr wird eine Stunde

Mithilfe der KI konnte das Forscherteam 26 verschiedene Impfstoffe ausfindig machen, die potenziell gegen das Coronavirus wirken. So identifizierten sie die besten 11 Impfkandidaten, aus denen der sogenannte Multi-Epitop-Impfstoff hergestellt wird, der das Spike-Protein des Virus angreift. Dabei zerstört der Impfstoff eine ganze Region (=Epitop) und nimmt dem Erreger die Fähigkeit sich zu vermehren. Die Herstellung des Impfstoffs ist in nur wenigen Minuten erledigt, die Qualität kann innerhalb einer Stunde sichergestellt werden. Im Gegensatz dazu dauerte das bisher etablierte Kontrollverfahren mehr als ein Jahr.

Besonders nützlich bei Mutationen

Da das Coronavirus weiter mutieren wird, ist eine derartige innovative Technik in der aktuellen kritischen Phase der Pandemie umso wichtiger. Experten sorgen sich bereits, dass Mutationen die bestehenden Impfstoffe schon bald unwirksam machen oder diese zumindest keinen ausreichenden Schutz mehr bieten könnten. Mutationen aus Großbritannien, Südafrika und Brasilien scheinen sich aller Wahrscheinlichkeit nach schneller zu verbreiten als die bisherige Virusvariante. Das kann wiederum zu mehr Erkrankungen, Todesfällen und Krankenhausaufenthalten führen.
Hier zeigt die Software insbesondere ihre Stärke: Auch bei Virusmutationen kann mit der neuen Methode in Sekundenschnelle eine Analyse erfolgen und mögliche Impfkandidaten gefunden und erprobt werden. Das gibt Hoffnung, wenn es um die drei bestehenden Coronavarianten geht: „Das vorgeschlagene Impfstoff-Design-Framework kann die drei am häufigsten beobachteten Mutationen angehen und erweitert werden, um mit anderen potenziell unbekannten Mutationen umzugehen”, erklärt Prof. Bogdan.