Zum ersten Mal hat ein von Künstlicher Intelligenz vollständig entworfener Impfstoff eine klinische Studie an Menschen durchlaufen. Der Kandidat namens pEVAC-PS, entwickelt an der Universität Cambridge, zielt nicht auf einen einzelnen Erreger ab. Stattdessen soll er vor einer ganzen Familie von Coronaviren schützen, einschließlich solcher, die noch gar nicht auf den Menschen übergesprungen sind. Die Ergebnisse der Phase-1-Studie wurden im Fachjournal Journal of Infection veröffentlicht.
Wie KI den Impfstoff entwarf
Das Team um den Virologen Jonathan Heeney nutzte eine KI-Plattform des Cambridge-Spinoffs DIOSynVax, um den Impfstoff zu entwerfen. Die KI analysierte Tausende genetische Sequenzen von Sarbeco-Coronaviren, einer Untergruppe, die SARS, SARS-CoV-2 und zahlreiche Fledermaus-Viren umfasst. Aus diesen Daten berechnete das System ein sogenanntes Super-Antigen. Dieses enthält Eiweißstrukturen, die allen Viren der Gruppe gemeinsam sind und sich kaum verändern.
Dabei dreht Heeneys Team den herkömmlichen Ansatz um. Bisher werden Impfstoffe meist reaktiv entwickelt, also nachdem ein Virus bereits aufgetreten ist. Die KI hingegen sucht proaktiv nach Schwachstellen, die über alle Varianten hinweg konserviert bleiben. Dadurch soll der Impfstoff auch vor künftigen Mutationen und noch unbekannten Viren schützen.
Erste Ergebnisse am Menschen
An der Studie nahmen 39 gesunde Erwachsene zwischen 18 und 50 Jahren teil. Alle waren bereits gegen COVID-19 geimpft. Verabreicht wurde pEVAC-PS als DNA-Impfstoff, der ohne Nadel über einen Druckstrahl durch die Haut gepresst wird. Diese nadelfreie Methode erleichtert den Einsatz in Regionen mit schlechter Kühlkette und fehlender Entsorgungsinfrastruktur für Spritzen.
Die Sicherheitsergebnisse sind ermutigend. Es gab keine schwerwiegenden Nebenwirkungen. Nach der zweiten Dosis berichteten die Teilnehmer sogar über weniger Beschwerden als nach der ersten. Allerdings fielen die Immunantworten bescheiden aus. Die Forscher erklären das mit der bereits bestehenden Vorimmunisierung der Teilnehmer durch frühere Corona-Impfungen und Infektionen. In höheren Dosierungen zeigten sich dennoch erste Anzeichen, dass der Impfstoff gezielt auf mutationsresistente Teile des Virus abzielt.
Warum Universal-Impfstoffe wichtig sind
Drei große Coronavirus-Ausbrüche in 20 Jahren zeigen ein klares Muster. SARS 2002, MERS 2012 und COVID-2019 haben Millionen Leben gekostet. Viele Sarbeco-Viren zirkulieren weiterhin im Tierreich und könnten jederzeit den Sprung auf den Menschen schaffen. Wann und wo das geschieht, ist nicht vorhersehbar.
Deshalb setzt die Forschung zunehmend auf breit wirksame Impfstoffe. Die aktuelle Studie ist ein erster Machbarkeitsnachweis. Saul Faust, klinischer Studienleiter von der Universität Southampton, betont: Wenn diese neue Klasse von Impfstoffen vor einem Ausbruch klinisch vorangebracht werden kann, könnten Millionen Leben gerettet werden.
Chancen und Grenzen der DNA-Impfung
Als DNA-Impfstoff liefert pEVAC-PS genetische Baupläne in die Zellen, die dann selbst das Antigen produzieren. Gegenüber mRNA-Impfstoffen hat dieser Ansatz Vorteile bei der Lagerstabilität. DNA ist weniger temperaturempfindlich und einfacher zu verteilen. Der Nachteil liegt in der geringeren Immunantwort. DNA muss erst in den Zellkern gelangen, was die Reaktion des Körpers abschwächt.
Die Studie zeigt dennoch, dass das Konzept grundsätzlich funktioniert. Die Kreuzreaktivität des Impfstoffs gegen SARS-CoV-2, SARS-CoV-1 und Fledermaus-Sarbecoviren bestätigt den Ansatz der KI-gesteuerten Antigen-Designs. Eine größere Phase-2-Studie ist nun geplant, um zu prüfen, wie breit und dauerhaft der Schutz tatsächlich ausfällt.
KI verändert die Impfstoffentwicklung
pEVAC-PS ist der erste vollständig von einer KI entworfene Impfstoff, der am Menschen getestet wurde. Die Plattform von DIOSynVax ist jedoch nicht auf Coronaviren beschränkt. Das Portfolio umfasst auch Kandidaten für saisonale und pandemische Grippe sowie hämorrhagische Fieber-Viren. Besonders aktuell: In der Demokratischen Republik Kongo und Uganda grassiert gerade ein Ebolaausbruch durch eine Spezies, die vom derzeit empfohlenen Impfstoff nicht abgedeckt ist.
Die Forscher sehen in der KI-gestützten Entwicklung einen Paradigmenwechsel. Statt Viren zu jagen, nachdem sie bereits Schaden angerichtet haben, sollen Impfstoffe künftig vorausschauend entworfen werden. Ob das Versprechen der proaktiven Impfstoffentwicklung im großen Maßstab hält, müssen weitere Studien zeigen. Der erste Schritt ist jedoch getan.
