Künstliche Intelligenz entdeckt vielversprechendes Antibiotikum

  22 Februar 2020    Gelesen: 558
Künstliche Intelligenz entdeckt vielversprechendes Antibiotikum

Mit einer neuen Methode haben Forscher unter tausenden Stoffen ein extrem wirksames Antibiotikum identifiziert. Es könnte zum Lebensretter werden, die Zulassung steht aber noch aus.

In der Tiermast bekommen Schweine und Hühner vorsorglich Antibiotika, Hausärzte verschreiben die Mittel bei Virusinfektionen wie Erkältungen, obwohl sie da gar nicht wirken.

Der hohe, mitunter überflüssige Einsatz ermöglicht es Bakterien, Resistenzen gegen die wichtigen Medikamente zu entwickeln. Meist reichen wenige Mutationen im Bakterienerbgut und die Mittel kommen im Ernstfall nicht mehr gegen die Erreger an.

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) sieht Antibiotikaresistenzen als ernsthafte Bedrohung an. 2019 hat sie einen globalen Plan gegen multiresistente Erreger veröffentlicht. Bei ihnen haben gleich mehrere Antibiotika ihre Wirkung verloren. Die Medikamente sollen laut WHO sparsamer eingesetzt werden. Ziel ist es aber auch, neue Antibiotika zu finden.

Die Forschung in dem Bereich ist mühsam. In den vergangenen Jahrzehnten gab es kaum Fortschritte. Nun weckt eine neue Studie Hoffnung: Wissenschaftler um James Collins vom Massachusetts Institute of Technology haben mithilfe künstlicher Intelligenz ein neues, vielversprechendes Antibiotikum entdeckt.
Es funktioniert nach einem vollkommen anderem Wirkprinzip als bislang bekannte antibakterielle Stoffe und tötet einige der gefährlichsten Erreger weltweit ab, darunter auch Arten, gegen die derzeit kein einziges bekanntes Antibiotikum mehr wirkt. Der neue Stoff sei wohl eines der wirksamsten Antibiotika, die bislang entdeckt wurden, sagte Collins.

Massentest mit künstlicher Intelligenz
Sein Team fütterte einen Algorithmus mit Informationen über die atomare Struktur und den Aufbau von 2500 Molekülen. 1700 davon stammten aus einer Datenbank der amerikanischen Lebensmittelbehörde FDA, die bekannte Wirkstoffe enthält. Die Daten verrieten außerdem, wie zuverlässig die Moleküle das Wachstum von Escherichia coli-Bakterien (E. coli) aufhalten. Mithilfe der Informationen sollte der Algorithmus lernen, Stoffe zu erkennen, die Bakterien töten können, bekannten Antibiotika aber möglichst wenig ähneln.

Nach dem Training prüfte die künstliche Intelligenz 6000 Substanzen aus einer anderen großen Stoffdatenbank und wurde fündig: Das System sprach dem Stoff Halicin eine starke antibiotische Wirkung zu, berichten Collins und Kollegen im Fachmagazin "Cell". Ein anderer Algorithmus sagte voraus, dass menschliche Zellen das Molekül gut vertragen würden.

Halicin war zuvor als mögliches Diabetesmedikament untersucht worden, aber nie zugelassen worden. Die Forscher testeten seine Wirksamkeit gegen dutzende Bakterienstämme, die sie aus Patienten isolierten und im Labor heranwachsen ließen. Der Wirkstoff schlug bei allen untersuchten Spezies an, darunter auch resistente Stämme von Clostridium difficile, Acinetobacter baumannii und Mycobacterium tuberculosis, dem Tuberkuloseerreger. Die Keime stehen ganz oben auf der WHO-Liste für Bakterien, gegen die dringend neue Mittel entwickelt werden müssen.

Die einzige Ausnahme war das Bakterium Pseudomonas aeruginosa, ein schwer behandelbarer Lungenkeim. Gegen ihn konnte das neue Antibiotikum nichts ausrichten.

Um zu prüfen, ob das Antibiotikum auch im lebenden Organismus funktioniert, infizierten die Forscher Mäuse mit Keimen, bei denen sich Halicin als vielversprechend erwiesen hatte. Auch in diesen Tests zeigte das Mittel seine Wirksamkeit.

Tod durch Energiemangel
Wahrscheinlich schadet es Bakterien, indem es ihre Fähigkeit einschränkt, einen elektrochemischen Gradienten in der Zellmembran aufrecht zu erhalten. Dadurch können sie kein Adenosintriphosphat (ATP) herstellen, einen wichtigen Energieträger, und sterben ab. Gegen diesen Mechanismus eine Resistenz zu entwickeln, könnte Bakterien schwerfallen, vermuten die Forscher. Das Risiko für Resistenzen gegen das Mittel ist demnach gering.

"Um sich vor solch einem Angriff auf die Zellmembran zu schützen, reicht es nicht, wenn ein Bakterium an einer oder an wenigen Stellen mutiert. Dafür wären deutlich komplexere Mutationen nötig", sagt Erstautor Jonathan Stokes. In der aktuellen Studie behandelten die Forscher E. coli-Bakterien über 30 Tage mit Halicin und fanden keine Resistenzen. Zum Vergleich: Im Versuch mit dem Antibiotikum Ciprofloxacin entwickelten die Bakterien innerhalb von einem bis drei Tagen erste Schutzmechanismen.

Die Forscher wollen den Wirkstoff nun gemeinsam mit einem Pharmaunternehmen oder einer gemeinnützigen Organisation weiter untersuchen. Bevor der Stoff beim Menschen eingesetzt werden kann, müssen schwere Nebenwirkungen ausgeschlossen werden.

In ihren Versuchen haben die Forscher außerdem acht weitere potenzielle Kandidaten für neue Antibiotika entdeckt, die sie weiter testen wollen. Ihre künstliche Intelligenz könnte auch künftig dazu beitragen, schneller und günstiger neue Antibiotikakandidaten zu identifizieren.

spiegel


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