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Stanford und Arc Institute: KI entwirft lebensfähige Bakteriophagen
Forscher nutzten KI, um lebensfähige Virusgenome zu entwerfen. Die Methode birgt Chancen gegen resistente Keime, aber auch Risiken für die Biosicherheit.
Ein KI-Sprachmodell erzeugt auf Basis des Phagen ΦX174 neue Genomsequenzen, die anschließend im Labor synthetisiert und an Bakterienzellen getestet werden.
Forscherinnen und Forscher der Stanford University und des Arc Institute haben erstmals mit KI vollständige, lebensfähige Virusgenome entworfen. Einige der künstlich erzeugten Bakteriophagen übertrafen dabei sogar ihre natürlichen Vorbilder: Sie vermehrten sich schneller, verdrängten die natürliche Variante oder waren effektiver darin, die Wirtsbakterien abzutöten. Die im Fachmagazin Science erschienene Studie kommt mit einer ungewöhnlich offenen Warnung vor den eigenen Methoden.
Bakteriophagen sind Viren, die ausschließlich Bakterien befallen. In der Medizin gelten sie seit Jahren als mögliche Waffe gegen antibiotikaresistente Keime, weil sie Bakterien gezielt abtöten können. Das Problem: Bakterien entwickeln auch gegen Phagen Abwehrmechanismen. Wirksame Phagentherapien müssten deshalb schnell an neue Resistenzen angepasst werden können – genau hier könnte KI helfen.
Das Team um den Erstautor der Studie Samuel King nutzte für die Genomsprachmodelle Evo 1 und Evo 2. Ähnlich wie Textmodelle auf Sprache trainiert werden, haben diese Modelle die „Sprache" von DNA gelernt – Evo 2 auf Basis von 9,3 Billionen Nukleotid-Bausteinen aus rund 128.000 verschiedenen Organismen. Für das Phagenprojekt wurden beide Modelle anschließend auf rund 15.000 Genome aus der Microviridae-Familie feinjustiert.
Als Ausgangspunkt diente ΦX174 – einer der ältesten und meistuntersuchten Viren überhaupt. 1935 in der Pariser Kanalisation entdeckt, wurde sein Genom 1977 als erstes DNA-Genom überhaupt vollständig sequenziert. Mit nur rund 5.400 Nukleotiden (Einzelstrang-DNA) und elf Genen ist es harmlos für Menschen und klein genug für eine praktikable chemische Synthese im Labor. Das Modell erhielt jeweils einen konservierten Abschnitt des ΦX174-Genoms als Startpunkt und sollte die fehlenden Teile ergänzen – ähnlich wie ein Sprachmodell einen angefangenen Satz vervollständigt. So entstanden 302 computergenerierte Kandidatengenome, von denen das Team 285 tatsächlich synthetisieren und im Labor testen konnte. Über das Preprint hatten wir im September 2025 berichtet.
16 der künstlichen Phagen erwiesen sich als lebensfähig: Sie konnten sich in Escherichia coli vermehren, obwohl ihre Genome so in der Natur nicht existieren. Ein Kandidat namens Evo-Φ69 stach dabei besonders hervor: In direkten Wachstumswettbewerben gegen den natürlichen ΦX174 vermehrte er sich bis zum 65-Fachen seines Ausgangswerts.
Kryo-Elektronenmikroskopie zeigte laut dem Forschungsteam zudem, dass einer der erzeugten Phagen ein strukturell weit entferntes DNA-Verpackungsprotein in seiner Proteinhülle verwendet. Dies sei ein Hinweis darauf, dass das Verfahren echte strukturelle Neuheiten hervorbringen könne und nicht nur Variationen des Bekannten. In einem weiteren Versuch überwand ein Cocktail aus mehreren synthetischen Phagen die Resistenz in drei verschiedenen E.-coli-Stämmen, die gegen den ursprünglichen Phagen immun waren.
KI kann den Forschern zufolge funktionsfähige Virusgenome im Ganzen entwerfen – nicht nur einzelne Gene. Bislang war experimentell validiertes Genomdesign auf dieser Ebene nicht gelungen. Bis zur klinischen Anwendung ist es allerdings weit. Die Studie beschränkt sich auf einen einfachen, harmlosen Versuchsphagen und auf Laborversuche. Harald König vom Karlsruher Institut für Technologie gibt zudem zu bedenken, dass die 16 funktionierenden Varianten dem natürlichen Vorbild noch sehr ähnlich waren – ihre Genome stimmten zu 93 bis 99 Prozent mit ΦX174 überein. Gezielt völlig neue biologische Eigenschaften zu erzeugen, sei damit noch nicht demonstriert.
Ungewöhnlich offen diskutiert das Forschungsteam in der Publikation die Risiken des eigenen Ansatzes. Wer dies