Neue KI-Tools identifizieren potenzielle Medikamente gegen das seltene Ebola-Virus
Jüngste Fortschritte in der künstlichen Intelligenz haben es dem Southwest Research Institute (SwRI) ermöglicht, fast zwei Dutzend antivirale Verbindungen zu identifizieren, die möglicherweise eine seltene Art des Ebola-Virus behandeln könnten (Bundibugyo-Virus), von denen derzeit die Demokratische Republik Kongo betroffen ist.
Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation haben 516 Verdachtsfälle und 33 bestätigte Krankheitsfälle durch das Bundibugyo-Ebolavirus bis zu 133 Todesfälle zur Folge. Das Bundibugyo-Virus, benannt nach einer Region in Uganda, in der die Art 2007 erstmals identifiziert wurde, tötet bis zu 40 % der infizierten Menschen.
„Wir sind bereit, die biomedizinische Gemeinschaft bei der schnellen Forschung und Entwicklung antiviraler Medikamente zu unterstützen, während Gesundheitsexperten weltweit auf den jüngsten Ausbruch reagieren“, sagte Dr. Jonathan Bohmann, Hauptentwickler der molekularen Docking-Software Rhodium™ von SwRI, die für das virtuelle Screening von Arzneimittelverbindungen entwickelt wurde. „Unsere KI- und maschinellen Lerntools helfen dabei, schnell Arzneimittelkandidaten zu identifizieren, die am wahrscheinlichsten nicht nur in einer hochwertigen Biocontainment-Umgebung, sondern auch im menschlichen Körper wirken.“
Die SwRI-Forschung ist Teil einer jahrzehntelangen Zusammenarbeit mit dem Texas Biomedical Research Institute (Texas Biomed), wo SwRI Impfstoffkandidaten und Virostatika entwickelt und formuliert, die Texas Biomed in seinem hochmodernen Biosafety Level 4 (BSL4)-Labor an lebenden Viren testet.
Der aktuelle Ausbruch des Ebolavirus ist eine deutliche Erinnerung daran, dass die biomedizinische Forschung nicht nur eine Priorität für die öffentliche Gesundheit ist, sondern auch eine Frage der nationalen und globalen Sicherheit. Nachhaltige Investitionen in die Erforschung von Infektionskrankheiten sowie die Entwicklung von Impfstoffen und Therapeutika sind von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass wir darauf vorbereitet sind, Ausbrüche einzudämmen, bevor sie zu größeren globalen Bedrohungen werden.“
Larry Schlesinger, Präsident und CEO von Texas Biomed
Das Ebola-Virus ist selten und kommt in Äquatorialafrika zu gelegentlichen Ausbrüchen, die häufig mit einheimischen Flughunden in Zusammenhang stehen. Während es einige antivirale Behandlungen für andere Virusarten gibt, gibt es keine zugelassenen Medikamente für das Bundibugyo-Ebolavirus. SwRI und Texas Biomed begannen 2016 mit der Zusammenarbeit bei der Ebola-Virus-Forschung mit einem Auftrag der Defense Threat Reduction Agency (DTRA), zwei verfügbare Medikamente zu kombinieren und die daraus resultierende Kombinationsmedikamententherapie gegen das Ebola-Virus zu testen. In den letzten zwei Jahren hat Texas Biomed mit SwRI zusammengearbeitet, um das kleine Molekül „M7“ zu testen, einen wirksamen Inhibitor einer anderen Spezies, des Zaire-Ebolavirus. M7 ist ein wirtsgesteuertes antivirales Mittel, was bedeutet, dass es bei einer größeren Anzahl von Virustypen wirken sollte als direkt wirkende antivirale Mittel, die häufiger vorkommen.
Während sich die M7-Verbindung in den Labortests von Texas Biomed als vielversprechend erwies, verfügte sie nicht über die richtigen Eigenschaften für einen Scale-up als zugelassenes Medikament für die Herstellung, sagte Bohmann. Allerdings führte SwRI kürzlich eine intern finanzierte Forschung durch, um mehr als 20 verwandte Verbindungen mit stabileren Eigenschaften zu identifizieren, wobei die von SwRI entwickelte Rhodium-Software in Verbindung mit KI-Tools für große Sprachmodelle (LLM) zum Einsatz kam.
„Unsere intern finanzierten F&E-Investitionen geben uns die Möglichkeit, Forschungsprojekte wie dieses schnell zu starten, um den Prozess zu beschleunigen, nützliche Therapien so schnell wie möglich dort bereitzustellen, wo sie benötigt werden“, sagte Adam Hamilton, Präsident und CEO von SwRI.
Das als Generative Approaches for Molecular Encodings (GAMES) LLM bekannte Projekt generiert SMILES-Strings (Simplified Molecular Input Line Entry System). SMILES ist ein Industriestandardsystem, das die Struktur von Molekülen mithilfe einer kurzen Reihe von Textzeichen darstellt, um das Speichern, Abrufen und Modellieren zu erleichtern.
Der KI-gesteuerte Ansatz unter Verwendung des vom SwRI entwickelten GAMES-Sprachmodells priorisierte die Auswahl von Vorläufern, um schnell 18 neuartige Analoga für das Screening gegen die Bundibugyo-Arten zu synthetisieren. Das Team berücksichtigte Überlegungen zur Lieferkette und konzentrierte sich auf eine inländische Quelle von Bausteinvorläufern, um eine schnelle Reaktion zu fördern. Texas Biomed wird die Verbindungen in den kommenden Wochen untersuchen.
„Da SwRI nun mehr dieser bedeutsamen Verbindungen identifiziert hat, können wir gegen das neueste Virus testen und schnellere Ergebnisse liefern“, sagte Dr. Olena Shtanko, Virologin bei Texas Biomed. „Die Auswirkungen dieser Arbeit sind von überwältigender Bedeutung und wir möchten die Forschungsgemeinschaft gerne durch unsere vertrauensvolle Zusammenarbeit unterstützen.“
SwRI und Texas Biomed sind unabhängige gemeinnützige Organisationen mit Sitz in San Antonio, Texas, einem Zentrum für biomedizinische Innovationen. SwRI führt angewandte Forschung und Entwicklung in verschiedenen technischen Disziplinen und Branchenanwendungen durch. Texas Biomed widmet sich dem Schutz der Weltgemeinschaft vor Infektionskrankheiten und steht seit langem an der Spitze der Ebola-Virus-Forschung und trägt dazu bei, entscheidende Gegenmaßnahmen gegen einen der tödlichsten Krankheitserreger der Welt voranzutreiben.
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