Prionen sind unangenehme, seltsame und meist beunruhigende Infektionserreger, die ziemlich schreckliche Krankheiten verursachen. Aber könnten sie vielleicht ein neues Mittel im Kampf gegen Antibiotikaresistenzen darstellen? Mithilfe künstlicher Intelligenz haben Experten Hunderte von Peptiden identifiziert, die in der Struktur der Prionen verborgen sind und offenbar starke antimikrobielle Eigenschaften besitzen.
-Prionen sind beschädigte, fehlgefaltete Proteine, die auch normale Proteine zu einer abnormalen Faltung veranlassen. Man kann sie sich wie verdorbene Äpfel in einem Korb vorstellen, die auch die benachbarten Früchte verderben, bis der gesamte Korb ungenießbar ist. Bei Tieren ermöglicht dieser Prozess es den Prionen, als infektiöse Erreger zu wirken, obwohl sie nicht lebendig sind und kein genetisches Material enthalten, wie Bakterien oder Viren, und zu tödlichen neurodegenerativen Erkrankungen führen können.
In den meisten Fällen entsteht die Fehlfaltung des Proteins spontan, obwohl eine Ansteckung auch durch engen Kontakt mit prionenhaltigem Material möglich ist, beispielsweise durch den Verzehr von Gewebe infizierter Tiere. Die gute Nachricht ist jedoch, dass all dies äußerst selten vorkommt. Die schlechte Nachricht ist, dass Prionen keine Lebewesen sind und daher mit herkömmlichen Sterilisationsverfahren wie Kochen oder Autoklavieren nicht abgetötet oder inaktiviert werden können. Das bedeutet, dass Prionkrankheiten wie die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit praktisch unheilbar sind.
Genau aus diesem Grund würden wir gar nicht auf die Idee kommen, dass sie Möglichkeiten für die Erforschung neuer Medikamente bieten könnten. Prionen sind jedoch im Grunde genommen Proteine, und Proteine bestehen aus Aminosäuren, die sich zu kurzen Ketten, sogenannten Peptiden, verbinden, wobei einzelne Peptide in isoliertem Zustand antimikrobielle Eigenschaften aufweisen können. Das Problem ist die enorme Anzahl der in Frage kommenden Peptide sowie die Herausforderung, mehrere Millionen solcher Fragmente zu untersuchen. Glücklicherweise ist künstliche Intelligenz gerade bei solchen Aufgaben sehr gut – und viel geduldiger als der Mensch.
In einer neuen Studie nutzten die Experten das maschinelle Lernsystem APEX zur Analyse von 19,3 Millionen kurzen Peptidfragmenten, die aus 2.897 Prionen und prionenähnlichen Proteinen stammen und von Menschen, Mäusen, Kühen, Blindmäusen und vielen anderen Tieren stammen. In dieser Stichprobe identifizierten sie 1.179 potenzielle antimikrobielle Peptide, die die Forscher als „Prionine“ bezeichneten.
„Diese Arbeit verändert unsere Vorstellung davon, wo sich Antibiotika verbergen könnten“, erklärte César de la Fuente, Forscher an der University of Pennsylvania und Erstautor der Studie „ “ ( ), in der über die Ergebnisse berichtet wird. „Bislang wurden Prionen fast ausschließlich unter dem Gesichtspunkt von Krankheiten untersucht, aber künstliche Intelligenz hat es uns ermöglicht, andere Fragen zu stellen: Kodieren diese Proteine vielleicht auch nützliche molekulare Fragmente? Die Antwort scheint ‚Ja‘ zu sein.“
Das Team wählte die 75 vielversprechendsten Peptide aus und testete, wie sie sich gegenüber 11 verschiedenen Bakterien verhalten, darunter auch medikamentenresistente Stämme. Von diesen hemmten mindestens 59 mindestens einen bakteriellen Erreger, während 42 bereits in geringer Konzentration eine starke Wirkung zeigten. Es wurde festgestellt, dass die Prionine dies durch eine Störung der Bakterienmembranen erreichten, ähnlich wie bei herkömmlichen antimikrobiellen Wirkstoffen.
„Die mit Hilfe künstlicher Intelligenz durchgeführte Suche lieferte uns eine kurze Kandidatenliste, aber entscheidend ist, dass viele dieser Moleküle im Labor wirkten und zwei davon auch in einem Tierversuchsmodell mit Infektion eine Wirkung zeigten. Das macht diese Plattform wirklich nützlich“, fügt Marcelo D. T. Torres, Mitautor der Studie, hinzu.
Prionen sind vielleicht nur der Anfang eines neuen Weges, den die künstliche Intelligenz eröffnet hat. Nach Ansicht des Teams könnten ähnliche „verschlüsselte Peptide“ überall versteckt sein, von menschlichen Proteinen und ausgestorbenen Organismen bis hin zu Mikrobiomen und Giften. Nun besteht die Möglichkeit, all dies mit unglaublicher Geschwindigkeit zu durchforsten.
„Lange Zeit war die Arzneimittelforschung nicht nur dadurch eingeschränkt, was wir testen können, sondern auch dadurch, wo wir nach Lösungen suchen“, sagt de la Fuente. „Künstliche Intelligenz ändert das. Sie bietet die Möglichkeit, die verborgenen Schichten der Biologie zu durchforsten und zu untersuchen, ob Moleküle, die mit einer bestimmten Geschichte – in diesem Fall einer Krankheit – in Verbindung stehen, möglicherweise auch eine andere Geschichte mit therapeutischem Potenzial in sich tragen.“
