Proteine sind die Basis des Lebens. Es sind Bausteine, die nicht nur im Labor nachgebaut werden können. Dank Supercomputer und Künstlicher Intelligenz können heute auch völlig neue Arten von Proteinen entwickelt werden. Das ist wichtig für die Forschung an Medikamenten und neuartigen Materialien.
Nobelpreisträger David Baker designt neue Proteine
2003 ist es David Baker zum ersten Mal gelungen, ein neues Protein zu schaffen, was es so bisher noch nie gab. Seitdem sind Forschungsteams weltweit in der Lage, immer neue Strukturen zu schaffen.
“Sie können eine Aminosäuren-Kette nehmen, eine Google-Suche machen und es kommt eine Proteinstruktur heraus”, erklärt Professorin Pernilla Wittung-Stafshede. Sie ist Mitglied des Nobelpreiskomitees.
Designte Proteine - Anwendung in Medizin und Umwelt
Vor allem auf der Suche nach Medikamenten und Impfstoffen bieten designte Proteinstrukturen neue Möglichkeiten. Auch Impfstoffhersteller wie Biontech nutzen KI-Modelle auf der Suche nach neuen Wirkstoffen. Passend geformte Proteine könnten gefährliche Viren blockieren.
Es könnten aber auch Proteine hergestellt werden, die in Sensoren gezielt gefährliche Gefahrstoffe in der Umwelt erkennen können oder Proteine, die Plastik zersetzen. Auch dazu gibt es bereits Forschung.
Künstliche Intelligenz löst Rätsel um Protein
Dank Künstlicher Intelligenz können die Eigenschaften der neu erschaffenen Proteine vorhergesagt werden. Dieser Durchbruch ist unter anderem dem Unternehmen Google-DeepMind mit dem KI-Modell AlphaFold gelungen. Hier arbeiten die Nobelpreisträger Demis Hassabis und John Jumper.
Das KI-Modell ist bei der Vorhersage immer besser geworden. Die Vorhersagequalität liegt bereits bei über 90 Prozent. 2020 gelang der Durchbruch. Damit kann die Struktur von mehr als 200 Millionen Proteinen vorhersagt werden. Forschungsteams aus 190 Ländern nutzen bereits die neuen Möglichkeiten des KI-Modells.
Gelöstes Protein-Rätsel erfüllt Traum von vielen Forschenden
Das Modell der dritten Generation sorgte im Mai 2024 für Aufsehen. Es kann nicht nur die Struktur und Eigenschaften der Proteine vorhersagen, sondern auch wie sie miteinander interagieren.
Das ist wichtig, um auf der Suche nach Medikamenten das Risiko für Nebenwirkungen zu reduzieren. Die Suche nach neuen Proteinen wird deutlich effizienter. Auch in der Materialforschung oder um in Zukunft neue Stoffe zu entwickeln, sodass Müll besser recycelt werden kann.
Während der Corona-Pandemie ist Nobelpreisträger David Baker auf eines seiner Lieblingsproteine gestoßen: “Ich war sehr begeistert von der Idee eines Nasensprays mit kleinen, speziell entwickelten Proteinen, die vor allen möglichen Pandemieviren schützen würden”, erzählt er bei der Verkündung des Chemie-Nobelpreises, zu der er aus den USA zugeschaltet war.
Über 50 Jahre haben Forschungsteams davon geträumt, beliebig viele Proteine für die Medizin und Materialforschung herstellen zu können. Dieser Traum ist durch die Forschung der neuen Nobelpreisträger seit ein paar Jahren Realität.
