Künstliche Intelligenz im Labor

22. Juni 2021
2/2021

Für die Medikamentenentwicklung ist die menschliche Intelligenz nötig: bei der Auswahl der Krankheiten, die man bekämpft, und der Moleküle, die helfen sollen, sagt ZHAW-Forscher Rainer Riedl.

Rainer Riedl, der Leiter der ZHAW-Fachstelle für Pharmazeutische Wirkstoffforschung und Arzneimittelentwicklung, ist ein alter Hase in seinem Fachgebiet. Er hat schon so manchen Trend miterlebt, etwa den Einzug der Roboter ins Labor oder die Digitalisierung unter dem Schlagwort «Computational Chemistry». Dem aktuellen «Hype» um die Künstliche Intelligenz in der Medikamentenentwicklung steht er gelassen gegenüber. «Ich bin neutral und offen», sagt Riedl. «Ich prüfe das Neue kritisch, wie es sich für einen Wissenschaftler gehört. Wenn ich es für gut befinde, binde ich es in meine Arbeit ein.»

Mal eben hunderttausend Moleküle prüfen

Die Stärke der Maschinen liegt zweifellos in ihrem mühelosen Umgang mit grossen Datenmengen. «Es gibt in der Chemie etwa 1040 Moleküle, die als Wirkstoffe in Frage kommen», sagt Riedl. «Da ist viel Platz für die Methoden der Künstlichen Intelligenz.» Mal eben hunderttausend Moleküle auf eine bestimmte Eigenschaft überprüfen: Was für einen Menschen langweilig und mühselig ist, erledigt ein geschickter Algorithmus im Handumdrehen.

Automatische Suche nach Mustern

Die moderne Wirkstoffforschung geschieht heute im Zusammenspiel zwischen Menschen, Robotern und Computern. Wer nach einem geeigneten Wirkstoffkandidaten sucht, überprüft zuerst einmal ein paar hunderttausend bereits bekannte Moleküle auf eine Aktivität im gewünschten Bereich – Laborarbeit für den Roboter. Vielleicht findet man bei fünf Prozent der Moleküle eine gewisse Aktivität, bei den restlichen 95 Prozent keine. Nun sucht der Computer nach Mustern: Was ist jenen fünf Prozent gemein, was die restlichen 95 Prozent nicht haben? Das ist eine typische Aufgabe für maschinelles Lernen. Hat der Computer die entscheidenden Merkmale herausgearbeitet, schlägt er neue Moleküle vor, die noch besser wirken könnten. Diese Moleküle herzustellen, zu überprüfen und zu optimieren, ist dann grösstenteils Laborarbeit für den Menschen, wobei ihn auch hier Computer und Roboter unterstützen.
«Wenn eine Maschine wirklich intelligent wäre, könnte sie einen neuen Wirkstoff von A bis Z selber entwickeln.»
— Rainer Riedl, Pharmazeutische Wirkstoffforschung und Arzneimittelentwicklung
Den Ausdruck «Künstliche Intelligenz» betrachtet Riedl mit einer gewissen Skepsis: «Wenn eine Maschine wirklich intelligent wäre, könnte sie einen neuen Wirkstoff von A bis Z selber entwickeln», sagt er. «Davon sind wir weit entfernt. Derzeit sehe ich hier eher Inselbegabungen.» Nach jedem Schritt, den die Maschine tut, müsse ein Mensch darauf schauen, damit es nicht plötzlich in eine komplett falsche Richtung gehe. So komme es etwa vor, dass der Computer Moleküle vorschlage, die zwar theoretisch hochaktiv sein könnten, sich aber praktisch gar nicht synthetisieren lassen. «Die totale Automatisierung wird es meiner Ansicht nach so schnell nicht geben», sagt Riedl.
«Wir haben es in der Pharmaforschung schon öfter erlebt, dass alle in die gleiche Richtung rennen. Das droht jetzt auch wieder, falls alle die gleichen Algorithmen benutzen.»
— Rainer Riedl, Pharmazeutische Wirkstoffforschung und Arzneimittelentwicklung
Beispielsweise muss jeder Wirkstoffkandidat klinische Studien durchlaufen – diese lassen sich durch kein Computerprogramm vollständig simulieren. Immerhin darf man erwarten, dass Algorithmen künftig etwa Nebenwirkungen besser vorhersagen können, sodass sich schon vor der klinischen Phase eine bessere Auswahl treffen lässt.

Zufall oder  Inspiration

Mühe hat Riedl damit, wenn viele Forschungsgruppen auf ähnliche Methoden setzen. «Wir haben es in der Pharmaforschung schon öfter erlebt, dass alle in die gleiche Richtung rennen. Das droht jetzt auch wieder, falls alle die gleichen Algorithmen benutzen.» Es brauche Menschen, die immer wieder schauten, ob man nicht in eine Sackgasse hineinlaufe.
Die vordefinierten Wege, die Computerprogramme notwendigerweise beschreiten, würden auch manche Quellen der Kreativität ausschalten, fürchtet Riedl. «Dinge wie der Zufall oder die Inspiration haben in der chemischen Forschung immer wieder eine wichtige Rolle gespielt.» August Kekulé etwa träumte die lang gesuchte Strukturformel von Benzol 1861 im Halbschlaf vor dem Kaminfeuer. «Einem Computer kann man nicht gut sagen, er solle mal ein wenig seine Fantasie schweifen lassen.»

Auswahl der Krankheiten

Einen letzten Bereich schliesslich würde Rainer Riedl keinesfalls der Künstlichen Intelligenz überlassen: die Auswahl der Krankheit, die bekämpft werden soll. «Ein Algorithmus wird vielleicht darauf kommen, nur noch jene Medikamente zu entwickeln, die möglichst grossen Profit versprechen.» Ethische Argumente wie jenes nach der Verhinderung von Leid kämen dann zu kurz. «Bei solchen entscheidenden Richtungsfragen sollten immer Menschen am Schalthebel sitzen.»

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