Die Oscars der Wissenschaft

Und der Nobelpreis 2024 geht an...

Die Ankündigung der angesehenen Nobel-Preisträger wird in der wissenschaftlichen Gemeinschaft immer mit Spannung erwartet. Alle Preisträger der "Wissenschafts-Oscars" tragen zu Durchbrüchen in ihrem jeweiligen Fachgebiet bei. Es ist jedoch nicht immer einfach, den praktischen Nutzen ihrer Meisterleistung sofort zu erfassen. In diesem Jahr haben sowohl die Physik- als auch die Chemiepreisträger einen großen Einfluss auf unsere Arbeit bei Boehringer Ingelheim.

Beim Nobelpreis der Chemie lag der Fokus dieses Jahr auf Proteinen, den Bausteinen des Lebens. Die Gewinner Demis Hassabis und John Jumper (Google DeepMind) haben künstliche Intelligenz genutzt, um erfolgreich Proteinstrukturen vorherzusagen. David Baker (University of Washington) hat die computergestützte Protein-Designmethode etabliert, um völlig neue Proteine zu erschaffen.

Beim Nobelpreis der Physik drehte sich alles um KI. John Hopfiled (Princeton University) entwickelte ein assoziatives Gedächtnis, das Bilder und andere Arten von Mustern in Daten speichern und rekonstruieren kann. Geoffrey Hinton (University of Toronto) erfand die Methode, die eigenständig Eigenschaften in Daten finden kann.

Von Brettspielen zu Design und Vorhersagen von Proteinen - eine unerwartete Reise

Der berühmte Wissenschaftler und Nobelpreisträger Richard Feynman sagte: "Was ich nicht erschaffen kann, verstehe ich nicht." Die Fähigkeit, die 3D-Strukturen von Proteinen zu lösen, ermöglicht es uns zu verstehen, wie Proteine aussehen und potenziell neue Therapien für Patientinnen und Patienten zu entwickeln. Neben der Bestimmung eines genauen Bildes aus einer bekannten Proteinsequenz, hat die Arbeit von David Baker weitere Möglichkeiten zugelassen. Seine Arbeit zum computergestützten Proteindesign stellt die Frage: Welche Aminosäuresequenz würde sich zu einer bestimmten 3D-Struktur falten, die auf eine spezifische Funktion zugeschnitten werden kann. Beispielsweise ermöglicht dies das (Neu-) Design oder die Umwidmung therapeutischer Proteine, die für Impfstoffe oder Vehikel für Wirkstoffe angewendet werden können. Die Auswirkungen seiner Leistung gehen über die Anwendung im Labor hinaus, da sie auch zur Schaffung von Proteinen führen könnte, die Schadstoffe und Kunststoffe abbauen.

Die Arbeit von David basierte hauptsächlich auf experimentell ermittelten 3D-Strukturen. Ein wichtiger Durchbruch kam im Jahr 2020 mit der Veröffentlichung von AlphaFold2 (AF2) durch Google DeepMind. AF2 kann Proteinstrukturen mit hoher Sicherheit vorhersagen. Die Auswirkungen dieses Tools sind groß: Vor AlphaFold hatten etwa 17% der 20.000 Proteine im menschlichen Körper eine experimentell bestimmte Struktur, aber jetzt hat die Welt Zugang zu rund 98% des menschlichen Proteoms.

Demis Hassabis und John Jumper haben das Spiel mit AF2 buchstäblich verändert. Ihr anfänglicher Fokus lag nämlich nicht auf Proteinen.

Christofer Tautermann, Direktor für Computional Chemistry in Medicinal Chemistry, erklärt: "Demis war ein Experte für Brettspiele und Neurowissenschaftler. Er und sein Team haben KI genutzt, um Brettspiele zu lernen. Mir ihrer Software Alpha-Go haben sie das Unmögliche geschafft - sie haben gegen professionelle Spieler im Spiel "Go" gewonnen. Jetzt nutzen sie ihre enorme Expertise, um auf dem Protein-Feld zu spielen, worüber ich sehr froh bin."

Unsere Kollegen in der Medizinalchemie haben die Arbeit von Demis Hassabis und John Jumper mit offenen Armen begrüßt. AF2 wird dort für strukturbasiertes Arzneimitteldesign verwendet.

Herbert Nar, Highly Distinguished Research Fellow, erklärt: "Wir waren sofort von dieser Technologie begeistert. Sobald sie verfügbar war, haben wir sie intern genutzt, um die Prozesse von Proteinreinigung zu priorisieren oder Protein-Protein-Interaktionen vorherzusagen, die an Krankheiten beteiligt sind. Ehrlich gesat, ist es ziemliche selten, dass ein Nobelpreis unsere Arbeit so schnell beeinflusst."

Künstliche Intelligenz - eine neue Hoffnung

In der Physik werden die Preisträger Geoffrey Hinton und John Hopfield gleichermaßen von unserem IT-Kollegen gefeiert.

Nikhil Podduturi, Leiter des BI X Data Science Chapter, erklärt: "Was mich an ihrer Arbeit fasziniert, ist, wie sie komplexe Theorien in praktische Werkzeuge verwandelt haben. Diese revolutionieren vielen Branchen, einschließlich unserer eigenen. Ihre Beiträge zur KI und zu neuronalen Netzwerken sind entscheidend, um unsere Intelligenz in Bezug auf das Verständnis von Krankheiten, das Design von Medikamenten, die Durchführung effektiver Studien und das Erreichen der richtigen Patienten zu erweitern."

Die bahnbrechende Arbeit der Nobelpreisträger für Physik 2024 hat eine starken Einfluss auf die Bereiche Arzneimittelentdeckung und -entwicklung. Ihre Forschung hat den Grundstein für innovative Technologien gelegt, die die Entwicklung neuer Behandlungen beschleunigen.

Eine solche Technologie ist Genomic Lens, ein Joint Venture zwischen BI X und Digital IU. Dieses Produkt unterstützt Forschende bei der Identifizierung von Krankheitsmechanismen innerhalb der menschlichen DNA. Durch die Analyse großer Datenmengen kann Genomic Lens neue Ziele für die Arzneimittelentwicklung aufdecken, was potenziell zu effektiveren und personalisierten Therapien führen kann.

Im Bereich der Onkologie sind die Anwendungen von KI und neuronalen Netzwerken noch vielversprechender bei der Entwicklung innovativer Ansätze zur Krebsbehandlung. So hat uns die ProteinLLM-Kooperation ermöglicht, ein hochmodernes Forschungswerkzeug zu schaffen, das bereits seine Wirksamkeit bei der Beschleunigung der Entdeckung neuer T-Zell-Engager-Kandidaten gezeigt hat. Dadurch können wir Discovery Projekte früher in das Forschungsportfolio für Krebsimmunologie aufnehmen.

Durch die Nutzung der KI und Erkenntnisse aus der Arbeit der Nobelpreisträger sind wir näher denn je an der Entwicklung bahnbrechender Therapien, die das Leben von Patientinnen und Patienten weltweit verändern werden. Und ihre Auswirkungen beschränken sich nicht nur auf Forschung und Entwicklung und sind nicht mehr ausschließlich Wissenschaftlern und Experten vorbehalten. KI wird mittlerweile in allen Teilen unserer Wertschöpfungskette eingesetzt und Tools wie Copilot und iQNow können jeden in der Organisation befähigen. Mit unserer internen Apollo-Plattform können wir sogar kundenspezifische KI-Lösungen innerhalb von Boehringer Ingelheim erstellen.