Die internationale Coalition for Epidemic Preparedness Innovations, kurz CEPI, fördert die computergestützte Impfstoff-Entwicklung an der Universität Leipzig mit dem Ziel, eine digitale „Impfstoff-Bibliothek“ mit Komponenten und virtuellen Antigen-Entwürfen aufzubauen. Mithilfe von klassischer und KI-gestützter Software sollen Impfstoffkandidaten für zehn vorrangige Virusfamilien mit epidemischem und pandemischem Potenzial designt werden, um bei Ausbruch einer neuen viralen Bedrohung in kurzer Zeitspanne einen potentiellen Impfstoff entwickeln zu können.

Gesellschaftliche Umwälzungen wie Globalisierung, Urbanisierung und Klimawandel begünstigen und erhöhen die Wahrscheinlichkeit und Häufigkeit an viralen Ausbrüchen, die erneut zu Pandemien führen könnten. Welche existentiellen und langwierigen Auswirkungen die Mutation eines Virus in sich tragen kann, erfuhr die Welt mit dem Ausbruch und der Verbreitung des SARS-CoV-2-Virus. Um besser auf eine künftige Pandemie vorbereitet zu sein, investiert CEPI in ein Forschungsprojekt zur Entwicklung neuartiger Antigen-Entwürfe am Institut für Wirkstoffentwicklung der Medizinischen Fakultät. Das Team um Direktor und Humboldt-Prof. Jens Meiler konzentriert sich beim Aufbau der „Impfstoff-Bibliothek“ auf zehn bekannte Virusfamilien und nutzt für seine Forschungsarbeit die computergestützte Rosetta-Plattform. „Rosetta ist eine dynamische und sich entwickelnde Software, welche sich mit der Vorhersage und dem Design biomolekularer Strukturen befasst. Wir designen mit Rosetta Wirkstoffe, die in der Natur nicht vorkommen. Das ist sehr kreativ“, erklärt Prof. Meiler und führt weiter aus: „Wir bauen eine Impfstoff-Bibliothek auf, aus dem sich die klinischen Entwickler dann bedienen können.“

Der gleichberechtigte Ansatz ist für den Förderer CEPI eine Voraussetzung für dieses Projekt: Partner und Entwickler stellen ihre Erkenntnisse in einer „Impfstoff-Bibliothek“ bereit und können sich Wissen aus einer anderen „Bibliothek“ entnehmen. „Wir lernen fundamental in diesem Forschungsprojekt, was wir beim Vakzindesign verbessern können, um künftig besser und vor allem schneller Impfstoffe zu entwickeln. Dafür nutzen wir computergestütztes Design einschließlich maschinellen Lernens, um Proteine optimiert zu entwerfen. Das heißt, wir trainieren mit dem Programm und lernen dabei, was wir bereits gut designen können und wo wir unsere Programme weiter anpassen müssen“, erläutert Projektleiterin Dr. Clara T. Schoeder, die zum 1. Juli 2023 die Junior-Professur für Entwicklung von Immuntherapeutika an der Medizinischen Fakultät Leipzig antreten wird.

Das Forschungsprojekt ist auf fünf Jahre angelegt. Eine Arbeitsgruppe vom Houston Methodist Hospital Texas/USA ist ebenfalls Partner des Projekts und im Austausch mit der Forschungsgruppe um Dr. Schoeder. Erste Ergebnisse werden um die Jahreswende 2023/24 erwartet. Im ausführlichen Interview beantwortet die Projektleiterin Fragen zu ihrer Forschungsarbeit und welchen Einfluss „Künstliche Intelligenz“ auf die Entwicklung von Impfstoffen hat.

Darüber hinaus sind Prof. Meiler wie Dr. Schoeder jüngst Mitglieder im ScaDS.AI geworden, dem Zentrum für skalierbare Datenanalyse und Künstliche Intelligenz, dem Forschungszentrum für Data Science, Künstliche Intelligenz und Big Data mit Standorten in Leipzig und Dresden.

Der Förderer CEPI ist eine innovative globale Partnerschaft, die sich für die Beschleunigung der Entwicklung von Impfstoffen gegen epidemische und pandemische Bedrohungen einsetzt.