KI-entworfener Vogelgrippe-Impfstoff schützt im Tierversuch alle Tiere

Worum es geht

Ein Team der Universität Cambridge und der Ausgründung DIOSynVax Ltd. hat mit Hilfe künstlicher Intelligenz einen Impfstoff gegen die Vogelgrippe entworfen, der viele Varianten auf einmal abdecken soll. In Tierversuchen mit Mäusen und Frettchen schützte er alle geimpften Tiere vor mehreren weltweit zirkulierenden Varianten. Der Impfstoff, den viele Regierungen für den Fall eines Ausbruchs beim Menschen eingelagert haben, schützte im selben Vergleich nur etwa die Hälfte. Die Studie mit dem Titel „Broad Vaccine Protection Against Globally Diverse Influenza A H5Nx Viruses“ ist in der Fachzeitschrift Cell Reports Medicine erschienen. Geleitet hat sie Professor Jonathan Heeney vom Labor für virale Zoonosen am Fachbereich Veterinärmedizin. Zoonosen sind Krankheiten, die von Tieren auf Menschen überspringen.

Nach Angaben der Universität ist es der dritte Erfolg dieser KI-gestützten Entwicklungsmethode. Zugelassen ist der Impfstoff noch nicht, Studien am Menschen stehen erst bevor.

Wie die KI den Impfstoff entwirft

Der Wirkstoff eines Impfstoffs ist das Antigen, ein Merkmal des Erregers, das dem Immunsystem zeigt, wogegen es sich wehren soll. Klassische Impfstoffe nutzen meist das Antigen eines bestimmten, schon bekannten Virusstamms. Mutiert das Virus, passt der Schutz oft nicht mehr.

Das Cambridge-Team ging anders vor. Es sammelte die Erbgut-Sequenzen aller Vogelgrippeviren, die Überwachungsprogramme weltweit bei Wildtieren, Nutztieren und infizierten Menschen erfasst haben. Ein eigens gebautes KI-Werkzeug verarbeitete diese riesige Datenmenge und entwarf daraus mehrere „Super-Antigene“. Sie enthalten die Merkmale, die der ganzen Virusgruppe gemeinsam sind, statt nur die Eigenheiten einer einzelnen Variante. Die Kandidaten wurden zuerst in Zellkulturen geprüft, der beste kam dann in den Tierversuch.

„Statt Immunität gegen eine einzelne Vogelgrippe-Variante zu bieten, schützt unser neuer Breitband-Impfstoff gegen eine riesige Bandbreite an Varianten. Er soll die Evolution des Virus vorwegnehmen, statt auf sie zu reagieren.“ – Jonathan Heeney

Das Team spricht von einem „Plug-and-Play“-Ansatz. Gemeint ist ein Baukastenprinzip: Die Methode bleibt gleich, nur die Virusdaten werden ausgetauscht. Laut Heeney beschleunigt die KI den Entwurf enorm. Anschließend werden die Kandidaten im Labor auf Wirksamkeit und Sicherheit getestet.

Die Ergebnisse im Tierversuch

Geimpfte Mäuse und Frettchen wurden mit mehreren genetisch deutlich unterschiedlichen Varianten des Vogelgrippevirus infiziert. Alle diese Varianten haben schon Menschen angesteckt und gelten als mögliche Pandemie-Auslöser. Frettchen sind in der Grippeforschung ein übliches Modell, weil Influenza bei ihnen ähnlich verläuft wie beim Menschen.

Der eingelagerte Impfstoff beruht auf repräsentativen Virusproben aus dem Pandemie-Vorsorgeprogramm der Weltgesundheitsorganisation WHO. Er wurde gegen einen bestimmten Stamm entwickelt und bot laut Studie gegen andere kursierende Stämme nur geringen Schutz. Alle Zahlen stammen aus Tierversuchen und Mitteilungen der Universität. Ob sie sich auf Menschen übertragen lassen, müssen klinische Studien erst zeigen.

Warum Vogelgrippe so gefürchtet ist

Die Vogelgrippe breitet sich derzeit weltweit unter Tieren aus und gilt als ernste Gefahr für die öffentliche Gesundheit. Manche Infektionen mit nordamerikanischen Varianten verliefen beim Menschen mild. Varianten in Südostasien führten dagegen zu schweren Verläufen mit hoher Sterblichkeit. Wie das Coronavirus ist das Vogelgrippevirus ein RNA-Virus. Solche Viren mutieren schnell, springen leichter von Tieren auf Menschen über und entkommen dem Immunsystem und bestehenden Impfstoffen.

Zugvögel tragen das Virus im Darm über weite Strecken und verteilen es mit ihrem Kot. In diesem Jahr wurde es erstmals bei Tieren in Australien und Neuseeland nachgewiesen. Richtig nervös werde man, so Heeney, wenn sich das Virus an die Atemwege von Säugetieren anpasst. Schweine haben in den Atemwegen dieselben Andockstellen für das Virus wie Menschen. Eine Vogelgrippe, die Schweine befällt, könnte daher auch für Menschen ansteckender werden. Bessere Impfstoffe für Tiere schützen deshalb indirekt auch Menschen.

Eine Plattform für viele Erreger

Die Vogelgrippe ist nicht das erste Projekt des Teams. Anfang des Jahres meldete es, dass sein Breitband-Impfstoff gegen Coronaviren sich in Studien am Menschen als sicher erwiesen habe. Außerdem veröffentlichte es Ergebnisse, nach denen sein Grippe-Impfstoff gegen menschliche und Schweinegrippe-Viren schützt. Laut einem Bericht von Pravda.ru, der sich auf eine Studie im Journal of Virology bezieht, schützte ein am Computer entworfenes Antigen Schweine gegen einen Ziel-Grippestamm und viele weitere Stämme. Es reduzierte die Virusausscheidung nach einer Infektion mit H1N1 ähnlich gut wie ein klassischer, passgenauer Impfstoff.

In Arbeit sind:

• ein einziger Impfstoff gegen Lassa-, Marburg- und Ebolaviren: Ebola tötet im Schnitt rund die Hälfte der Infizierten, gegen Marburg gibt es weder zugelassenen Impfstoff noch Medikament.
• ein saisonaler Grippe-Impfstoff, der über mehrere Grippesaisons schützen soll. Vorläufige Ergebnisse zeigen laut Team, dass ein 2018 entworfenes Antigen auch sieben Jahre später noch wirkt.

Finanziell bekommt die Arbeit Rückenwind. Laut Mirage News erhielt das Team im Oktober gemeinsam mit den Universitäten Regensburg und Southampton 4,28 Millionen Pfund von der britischen Forschungsförderung UKRI und dem Agrarministerium Defra. Pravda.ru berichtet von 3,4 Millionen Pfund für ein dreijähriges Projekt mit der Tiergesundheitsbehörde APHA und DIOSynVax. Es ist Teil eines 54-Millionen-Pfund-Programms mit 18 Projekten. Wie diese beiden Angaben zusammenhängen, geht aus den Quellen nicht eindeutig hervor. Zuvor hatte die britische Regierung bereits 100 Millionen Pfund in KI für Biosicherheit investiert.

Einordnung

Die Studie ist ein greifbares Beispiel dafür, wie KI in der Medizin konkret helfen kann. Die KI ersetzt hier nicht die Laborarbeit, sondern verkürzt die Suche nach einem passenden Antigen. Das Prinzip zielt auf ein Grundproblem der Pandemievorsorge: Bisher lagern Staaten Impfstoffe gegen bereits bekannte Stämme ein und laufen dem Virus damit immer hinterher. Grippe- und Corona-Impfungen müssen aus demselben Grund jedes Jahr angepasst werden, was Gesundheitssysteme viel Geld kostet. Ein Impfstoff, der viele heutige und womöglich auch künftige Varianten abdeckt, wäre ein echter Fortschritt.

Zur Vorsicht mahnen aber mehrere Punkte. Die Ergebnisse stammen aus Versuchen mit Mäusen und Frettchen, und Tierversuche lassen sich nicht immer auf den Menschen übertragen. Wie viele Tiere getestet wurden und wie lange der Schutz anhält, nennen die vorliegenden Berichte nicht. Begriffe wie „Game Changer“ und „zukunftssicher“ stammen von den Entwicklern selbst. Heeney ist zudem Gründer von DIOSynVax und hat damit ein wirtschaftliches Interesse am Erfolg. Bis zu einem zugelassenen Impfstoff für Menschen dürften noch Jahre klinischer Prüfung vergehen.