Wir erleben derzeit, wie Computeralgorithmen die Biologie revolutionieren

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Mit künstlicher Intelligenz lässt sich die 3D-​Struktur von Proteinen vorhersagen. Bald schon dürfte es mit solchen Algorithmen möglich werden, massgeschneiderte künstliche Proteine zu entwickeln, schreibt Beat Christen.

Computeralgorithmen unterstützen seit Jahrzehnten die biomedizinische Forschung und sind dabei ständig wichtiger geworden. Was wir derzeit erleben, ist allerdings ein Quantensprung, der alles Bisherige in den Schatten stellt, und der ungeahnte Auswirkungen haben wird: Mit Algorithmen der Künstlichen Intelligenz (KI) ist es möglich geworden, alleine anhand der linearen Abfolge der Bausteine von Proteinen – der Aminosäuren – vorauszusagen, zu welcher dreidimensionalen Struktur sich diese Kette von Bausteinen zusammenlagert, und das extrem genau.

Um die Bedeutung davon zu verstehen, muss man wissen, dass es in der Biologie auf zellulärer Ebene eigentlich immer um die räumliche Wechselwirkung von Molekülen geht, und diese Wechselwirkung wird bestimmt durch deren dreidimensionale Struktur. Erst wenn wir Strukturen und Wechselwirkungen kennen, verstehen wir die Biologie. Und nur wenn wir die Struktur von Molekülen kennen, können wir gezielt Medikamente entwickeln, welche die Funktion dieser Moleküle beeinflussen.

Bis jetzt konnte man die dreidimensionale Struktur von Proteinen mit drei experimentellen Methoden bestimmen: Röntgenstrukturanalyse, Kernspinresonanz sowie seit wenigen Jahren die Kryoelektronenmikroskopie. Dass nun mit KI eine vierte präzise Methode dazukommt, hat nicht nur mit verbesserten KI-​Algorithmen und den heute zur Verfügung stehenden grossen Rechenleistungen zu tun. Damit KI präzise Voraussagen machen kann, braucht sie auch sehr viele Daten in hervorragender Qualität, mit denen sie trainiert werden kann. Möglich geworden ist der Quantensprung somit dank immenser Fortschritte und Anstrengungen in beiden Bereichen: der Datenwissenschaft und der experimentellen Proteinforschung.

Wettbewerb von privater und öffentlicher Forschung

Im Scheinwerferlicht steht derzeit vor allem das KI-​Programm Alphafold von Deepmind, einer zum Google-​Konzern gehörenden Firma. Diese ist derzeit wohl der wichtigste Player bei der Vorhersage von Proteinstrukturen. In der öffentlichen Diskussion geht allerdings oft unter, dass Deepmind längst nicht der einzige Akteur in diesem Feld ist und insbesondere rund um David Baker von der University of Washington exzellente Forschung betrieben wird.

Diese Konkurrenz von privater und öffentlicher Forschung dürfte das Forschungsfeld insgesamt beflügelt und vorangetrieben haben. Selbstverständlich behalten die privaten Akteure viele ihrer Erkenntnisse aus Geschäftsinteresse für sich. Dennoch führte die hochkompetitive Forschung auch dazu, dass sich die veröffentlichten KI-​Algorithmen, welche die ganze Wissenschaftsgemeinschaft nun verwenden und weiterentwickeln kann, immens verbessert haben. Ich gehe davon aus, dass der Trend weitergeführt wird. Bald werden uns KI-​Algorithmen hochpräzise Strukturen für alle uns bekannten Proteine liefern. Dies wird uns ermöglichen, weitere zielgenaue Medikamente am Computer zu entwerfen.

Ausgehend von einer am Computer entwickelten dreidimensionalen Molekülstruktur dürfte es in Zukunft möglich werden, mit KI eine Abfolge von Aminosäuren zu berechnen, die sich genau zur gewünschten Struktur mit der gewünschten molekularen Funktion zusammenlagert.

Ist diese Abfolge von Aminosäuren einmal bestimmt, kommt mein Forschungsgebiet ins Spiel. Ich befasse mich mit der Entwicklung von künstlichen Genen und Genomen und benütze ebenfalls Computeralgorithmen. Ausgehend von Aminosäuren-​Abfolgen berechnen wir, wie diese in Gen-​Baustein-Abfolgen übersetzt werden, also in DNA. Und zwar auf eine Weise, dass sich diese Gene in der Praxis auch einfach künstlich herstellen lassen.

Umgekehrter Informationsfluss

Es dürfte somit bald möglich sein, ausgehend von einer beliebigen, am Computer entwickelten dreidimensionalen Proteinstruktur ein künstliches Gen zu berechnen und dieses zu synthetisieren. Biotechnologisch lassen sich damit in Mikroorganismen künstliche Proteine herstellen, zum Beispiel neue pharmazeutische Wirkstoffe, Impfstoffe oder für die Industrie interessante Enzyme.

Von den allerersten Lebewesen vor mehreren Milliarden Jahren bis jetzt ist biologische Informationen immer in Form von DNA gespeichert worden. In biologischen Zellen wird diese Information übersetzt, zunächst in RNA-​Moleküle, dann in Proteine. Bis jetzt gibt es keinen Prozess, der diesen Informationsfluss umkehrt und Protein-​Information in DNA-​Information zurückübersetzt. Mit KI wird sich das nun bald ändern. Für Biologen wie mich ist das eine unglaublich spektakuläre Entwicklung. Sie wird einen riesengrossen Einfluss haben auf die Biotechnologie und die Medizin.

EVENTS

St. Galler Demenz-Kongress

Fachveranstaltung, die sich mit dem Thema Demenz auseinandersetzt

Datum: 11. November 2026

Ort: St.Gallen (CH)

Swiss AgeTech Konferenz

Fachveranstaltung für innovative Technologien für ältere Menschen

Datum: 12. November 2026

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SVG-Symposium

Branchentag für die Spital-, Heim- und Gemeinschaftsgastronomie in der Schweiz

Datum: 12. November 2026

Ort: Zürich (CH)

AUTOMA+

Kongress für die Pharmaindustrie mit Konzentration auf die digitale Transformation und Automatisierung

Datum: 16.-17. November 2026

Ort: Zürich (CH)

Medica

Internationale Fachmesse für Medizintechnik, Medizinprodukte, Elektromedizin, Labortechnik und Diagnostika

Datum: 16.-19. November 2026

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Compamed

Internationale Leitmesse für den medizintechnischen Zuliefererbereich

Datum: 16.-19. November 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Swiss Nurse Leaders

Kongress im Bereich Leadership und Management in der Pflege

Datum: 20. November 2026

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Bitkom Digital Health Conference

Konferenz für die Chancen und Herausforderungen der Digitalisierung im Gesundheitswesen

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LabConCert

Internationale Konferenz zu Biosicherheit und Labortechnik

Datum: 8.-9. Dezember 2026

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Heimtextil

Weltweit führende Fachmesse für Wohn- und Objekttextilien

Datum: 12.-15. Januar 2027

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World Health Expo

Die World Health Expo ist eine internationale Fachmesse, auf der innovative Lösungen, Produkte und Trends rund um Gesundheit, Medizin und Pflege präsentiert werden.

Datum: 25.-28. Januar 2027

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Empack Schweiz

Schweizer Fachmesse für Verpackungslösungen und -technologien

Datum: 27.-28. Januar 2027

Ort: Zürich (CH)

Logistics & Automation

Fachmesse für Intralogistik, Distribution, Transport und E-Logistik in der Schweiz

Datum: 27.-28. Januar 2027

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Recyclingkongress

Kongress über aktuelle Entwicklungen, Innovationen und Herausforderungen im Bereich Recycling

Datum: 29. Januar 2027

Ort: Biel/online (CH)

PFLEGE PLUS

Fachmesse für den Pflegemarkt

Datum: 29.-31. Januar 2027

Ort: Stuttgart (D)

Pro Sweets Cologne

Internationale Zuliefermesse für die Süßwaren- und Snackindustrie

Datum: 31. Januar - 3. Februar 2027

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glug.swiss

Schweizer Fachmesse und ein Treffpunkt für die Getränkeindustrie, insbesondere für Brauer und Getränkeproduzenten

Datum: 11.-12. Februar 2027

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BioFach

Weltleitmesse für Bio-Lebensmittel

Datum: 16.-19. Februar 2027

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Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 16.-19. Februar 2027

Ort: Nürnberg (D)

Anuga FoodTec

Internationale Zuliefermesse für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie

Datum: 23.-26. Februar 2027

Ort: Köln (D)

health.tech GLOBAL SUMMIT

HealthTech bezeichnet den Einsatz moderner digitaler Technologien wie Apps, Wearables oder KI zur Verbesserung von Gesundheitsversorgung, Prävention und medizinischer Diagnostik.

Datum: 2.-4. März 2027

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LOPEC

International führende Fachmesse mit Kongress für gedruckte Elektronik

Datum: 2.- 4. März 2027

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ZHAW-IFM Day

Fachtagung über aktuelle Themen und Herausforderungen im Facility Management (FM)

Datum: 5. März 2027

Ort: Wädenswil (CH)

Ostschweizer Food Forum

Fachveranstaltung für die Ernährungswirtschaft in der Ostschweiz

Datum: 6. März 2027

Ort: Weinfelden (CH)

Pro Wein

Internationale Fachmesse für Weine und Spirituosen

Datum: 7.-9. März 2027

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Trendtage Gesundheit Luzern

Veranstaltung für aktuelle Trends und Perspektiven im Gesundheitswesen

Datum: 10.-11. März 2027

Ort: Luzern (CH)

Swiss Abilities

Fachmesse zur Förderung eines selbstbestimmten Lebens, Gleichstellung und Teilhabe von Menschen mit Behinderung

Datum: 12.-13. März 2027

Ort: Luzern (CH)

INTERNORGA

Leitmesse für Hotellerie, Gastronomie, Bäckereien und Konditoreien

Datum: 12.-16. März 2027

Ort: Hamburg (D)

SWISS eHEALTH FORUM

Schweizer Forum im Bereich der digitalen Gesundheitsversorgung (eHealth)

Datum: 16. - 17. März 2027

Ort: Bern (CH)

sicher27

Messe für Security, Safety & Fire

Datum: 18. März 2027

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Forum Kreislaufwirtschaft

Veranstaltung für die Umsetzung der Kreislaufwirtschaft in verschiedenen Bereichen

Datum: 18. März 2027

Ort: Zürich (CH)

Schoggifestival

Festival für nachhaltige und faire Schokoladenproduktion

Datum: 20. März 2027

Ort: Zürich (CH)

Gastia

Ostschweizer Branchentreffpunkt der Gastronomie und Hotellerie

Datum: 21.-23. März 2027

Ort: St.Gallen (CH)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 21.-23. März 2027

Ort: Stuttgart (D)

Hannover Messe

International Messe für alle Technologien rund um die industrielle Transformation

Datum: 5.-8. April 2027

Ort: Hannover (D)

HR Festival Europe

Messe für HR-Professionals in der Schweiz

Datum: 6.-7. April 2027

Ort: Zürich (CH)

SBK Kongress

Kongress vom Berufsverband der diplomierten Pflegefachpersonen der Schweiz

Datum: 7.-8. April 2027

Ort: Bern (CH)

DMEA

Europas führende Messe für Digital Health

Datum: 13.-15. April 2027

Ort: Berlin (D)

Lebensmitteltag

Führende Schweizer Fachtagung für die Lebensmittelbranche

Datum: 15. April 2027

Ort: Luzern (CH)

Swiss Biotech Day

Internationale Konferenz für die Biotechnologiebranche

Datum: 26.-27. April 2027

Ort: Basel (CH)

HealthEXPO

Messe für die neuesten Entwicklungen und Trends in der Gesundheitsbranche

Datum: 1. Mai 2027

Ort: Basel (CH)

London Lab Live

Fachmesse und Konferenz für die Zukunft von Laboren

Datum: 5.-6. Mai 2027

Ort: London (GB)

Gesundheitstagung Schweiz

Fachveranstaltung mit aktuellen Themen und Entwicklungen im Schweizer Gesundheitswesen

Datum: 11. Mai 2027

Ort: Rapperswil (CH)

Control

Internationale Fachmesse für Qualitätssicherung

Datum: 11.-14. Mai 2027

Ort: Stuttgart (D)

LABVOLUTION

Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflow.

Datum: Mai 2027

Ort: Hannover (D)

LogiPharma

Veranstaltung für die Pharmalogistik und die Lieferketten in der Pharmaindustrie

Datum: 25.-27. Mai 2027

Ort: Wien (CH)

PLMA die Welt der Handelsmarken

Internationale Fachmesse für Produkte wie Frisch-, Kühl- und TK-Lebensmittel, Getränke und haltbare Lebensmittel sowie Non-Food-Kategorien wie Kosmetika, Gesundheits- und Schönheitsartikel sowie Haushalts- und Küchenprodukte.

Datum: 25.-26. Mai 2027

Ort: Amsterdam (NL)

Start-Up Days

Schweizer Konferenz und Netzwerkplattform für Startups, Investoren, KMUs und Unternehmen

Datum: 27. Mai 2027

Ort: Bern (CH)

Vorsorge-Symposium

Fachmesse 2. Säule sowie ein Vorsorge-Symposium

Datum: 2.-3. Juni 2027

Ort: Zürich (CH)

MedTec Summit

Kongress mit technologie- und marktrelevante Themen aus der Medizintechnik- und Gesundheitsbranche

Datum: 7.-10. Juni 2027

Ort: Berlin (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 08.-11. Juni 2027

Ort: Genf (CH)

Swiss Medtech Day

Konferenz der Schweizer Medizintechnikindustrie

Datum: 9. Juni 2027

Ort: Bern (CH)

Achema

Weltleitmesse für Prozessindustrie

Datum: 14.-18. Juni 2027

Ort: Frankfurt am Main (D)

Careum Pflegesymposium

Plattform für den Wissensaustausch in der Pflegewelt

Datum: 15. Juni 2027

Ort: Aarau (CH)

GS1 Excellence Days

Konferenz für Innovationen und Lösungen im Bereich der Standardisierung, Identifikation und Geschäftsprozesse

Datum: 18. Juni 2027

Ort: Bern (CH)

Automatica

Weltleitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 22.-25. Juni 2027

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 22.-25. Juni 2027

Ort: München (D)

Swissmem Industrietag

Konferenz für die Berufsbildung in der Schweizer Tech-Industrie

Datum: 27. Juni 2027

Ort: Bern (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

Leitmesse für die Verpackungs- und Intralogistikbranche

Datum: 29. Juni 2027

Ort: Paris (F)

FutureHealth Basel

Konferenz für die Zukunft des Gesundheitswesens in der Schweiz

Datum: 2. September 2027

Ort: Basel (CH)

Swiss Medtech Expo

Fachmesse für die Schweizer Medizintechnik

Datum: 14.-15. September 2027

Ort: Luzern (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 21.-24. September 2027

Ort: Berlin (D)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 21.-23. September 2027

Ort: Nürnberg (D)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 21.-23. September 2027

Ort: Basel (CH)

Anuga

Weltweite Ernährungsmesse für Handel und Gastronomie/Ausser-Haus-Markt

Datum: 9.-13. Oktober 2027

Ort: Köln (D)

LOUPE Europe

Fachmesse für die Etiketten-, flexible Verpackungs- und Faltschachtelindustrie, die sich auf Drucktechnologien, Materialien und Produktionslösungen

Datum: 5.-8. Oktober 2027

Ort: Barcelona (ESP)

A + A

Weltleitmesse für sicheres und gesundes Arbeiten

Datum: 19.-22. Okotber 2027

Ort: Düsseldorf (D)

transport-CH

Schweizer Fachmesse für Nutzfahrzeuge und Automobil-Werkstattbedarf

Datum: 10.-13. November 2027

Ort: Bern (CH)

igeho

Internationale Fachmesse für Hotellerie, Gastronomie, Take-away und Care-Institutionen in der Schweiz

Datum: 13.-17. November 2027

Ort: Basel (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 17.-18. November 2027

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 1.-2. Dezember 2027

Ort: Zürich (CH)

Swissbau

Fachmesse der Schweizer Bau- und Immobilienwirtschaft

Datum: 21.-22. Januar 2028

Ort: Basel (CH)

aqua pro

Schweizer Fachmesse für die Bereiche Trinkwasser, Abwasser und Gas

Datum: 9. - 11. Februar 2028

Ort: Bulle (CH)

Techtextil

Internationale Leitmesse für technische Textilien und Vliesstoffe

Datum: 4.-7. April 2028

Ort: Frankfurt am Main (D)

analytica

Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 25.-28. April 2028

Ort: München (D)

CannaTrade

Internationale Hanfmesse und Festival für Business- und Endkunden

Datum: 19.-21. Mai 2028

Ort: Zürich (CH)

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 9.-17. Mai 2028

Ort: Düsseldorf (D)

TUTTOFOOD

Internationale Fachmesse für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie

Datum: 11.-14. Mai 2028

Ort: Mailand (I)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 17.-18. Mai 2028

Ort: Zürich (CH)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 29. Mai-01. Juni 2028

Ort: München (D)

MedtecLIVE with T4M

Fachmesse für die gesamte Wertschöpfungskette der Medizintechnik

Datum: 20.-22. Juni 2028

Ort: Stuttgart (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 30.-31. August 2028

Ort: Zürich (CH)

Texcare International

Weltweit führende Fachmesse für die Textilpflegebranche

Datum: 8.-11. November 2028

Ort: Frankfurt am Main (D)

INDEX

Weltweit führende internationale Fachmesse für die Vliesstoffindustrie

Datum: 15.-18. Mai 2029

Ort: Genf (CH)

interpack

Internationale Fachmesse für die Verpackungsindustrie und die zugehörige Prozessindustrie

Datum: 10. - 15 Juni 2029

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis