Sonja Böhm, Medscape


In den Diskussionen um COVID-19, den Corona-Lockdown und die nun bald verfügbaren Impfungen ist eine Meldung von Ende November beinahe untergegangen, die aber nach Ansicht vieler Experten eigentlich eine wissenschaftliche Sensation ist. „Dies wird alles verändern“, so titelte z.B. Nature am 30. November 2020. Es sei ein Durchbruch gelungen, der „die Biologie transformieren wird“.

Revolution in der Biologie
Um was es geht: Das britische Unternehmen DeepMind, eine Tochter der Google Holding Alphabet, hat mit seinem stark verbesserten KI-Programm AlphaFold in einem internationalen Wettbewerb von wissenschaftlichen Teams einen bisher nicht vorstellbaren Erfolg vermeldet. Das „Proteinfaltungsproblem“ – ein wissenschaftliches Rätsel, an dem seit 50 Jahren geforscht wird, und das in seiner Bedeutung der Aufklärung des genetischen Codes gleichgesetzt wird, sei „quasi gelöst“. AlphaFold gelang es mit bisher nicht vorstellbarer Genauigkeit, die dreidimensionale Struktur von Proteinen allein aus ihrer Aminosäure-Abfolge vorherzusagen.

DeepMind hatte mit seinem Programm AlphaFold, das auf Maschinellem Lernen basiert, mit weitem Abstand den 2-jährlich stattfindenden Wettbewerb CASP (die Abkürzung steht für Critical Assessment of Structure Prediction) gewonnen, an dem rund 100 andere wissenschaftliche Teams weltweit teilgenommen hatten. Die anderen Teams wurden dabei so weit in den Schatten gestellt, dass Wissenschaftler von einer „Revolution in der Biologie“ durch die neuen Möglichkeiten sprechen.

Ein Jahrzehnt Tüftelei – und nun in einer halben Stunde gelöst
Die Naturwissenschaften und speziell die Medizin könnten von dem Fortschritt, Proteinstrukturen anhand ihrer Aminosäuresequenz genau vorherzusagen, ungeheuer profitieren. „Es ist ein Game Changer“, wird Prof. Dr. Andrei Lupas, Molekularbiologe und Direktor am Tübinger Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, in Nature zitiert.

Der Wissenschaftler gehörte zu den „Juroren“, die die Leistung verschiedener Teams in CASP bewertet haben. Er und sein Team hatten aber auch selbst Proteine als „Targets“ eingereicht, unter anderem eines, an dessen Struktur sie seit einem Jahrzehnt tüftelten. „Mit der Vorhersage von AlphaFold als Suchmodell konnten wir die Struktur in einer halben Stunde lösen“, berichtet Lupas gegenüber dem Science Media Center Deutschland.

Mit der Vorhersage von AlphaFold als Suchmodell konnten wir die Struktur in einer halben Stunde lösen. Prof. Dr. Andrei Lupas

AlphaFold werde seine Arbeitsweise und die Fragen, mit denen er sich befasse, verändern, sagt Lupas: „Dies wird die Medizin verändern. Es wird die Forschung verändern. Es wird das Bioengineering verändern. Es wird alles verändern.“

„Structure is function“ – und die Struktur lässt sich nun klären
Kollegen von ihm sind ebenso beeindruckt. „Die dreidimensionalen Strukturen von Proteinen sind wesentlich für das Verständnis biologischer Systeme auf molekularer Ebene, da die Form ihre Funktion bestimmt“, erläutert Dr. Sameer Velankar, Europäisches Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL-EBI) in Cambridge, UK.

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