KI-entworfene Zink- und Cysteinproteasen zeigten in Experimenten katalytische Aktivität. Eine Zinkprotease spaltete zudem ein vorgesehenes Zielprotein in Zellen. John Timmer berichtete am 14. Oktober 2026 bei Ars Technica über zwei Nature-Studien aus dem Jahr 2026. Die Ergebnisse beschreiben Enzymaktivität im Labor, keine Behandlung.
Proteasen sind Enzyme, die Peptidbindungen spalten – also die Verknüpfungen, aus denen Proteine bestehen. Der entscheidende Schritt bei den Forschungsarbeiten war, solche Enzyme für bestimmte Zielsequenzen zu entwerfen und ihre Aktivität anschließend experimentell zu prüfen.
Wie die KI Proteasen entwarf
Die beiden Ansätze gingen von bekannten Enzymen aus: einer Zinkprotease aus dem Verdauungssystem eines Flusskrebses und einer Cysteinprotease aus Hefe. Ihre katalytischen Aminosäuren – jene Bausteine, die die Spaltung ermöglichen – blieben erhalten; die umgebende Proteinstruktur wurde neu entworfen.
RFdiffusion2 erzeugte Proteinrückgrate unter Vorgaben, die das katalytische Zentrum zusammenführten und eine gewünschte Zielsequenz in dessen Nähe platzierten. Anschließend wählte ProteinMPNN Aminosäuresequenzen aus, die zur Faltung des Rückgrats, zur Bildung des katalytischen Zentrums und zur Bindung an das Ziel passen sollten. AlphaFold3 sagte Strukturen für viele Entwürfe voraus. Laut Timmer fanden die Forschenden unter den untersuchten Datenbankeinträgen keine engen Übereinstimmungen.
Welche Aktivität die entworfenen Enzyme zeigten
Die berichteten Ergebnisse unterschieden sich je nach Enzymtyp und Designbedingung. Bei den Zinkproteasen sind die beiden Testreihen getrennte Ansätze mit unterschiedlichen Aktivitätsbeschreibungen – kein standardisierter Direktvergleich.
| Designansatz | Screening-Ergebnis | Aktivitätskontext |
| Cysteinprotease: 12 Proteinrückgrate und 69 Aminosäuresätze | 13 Entwürfe zeigten Aktivität; berichtet wurden 19 Prozent | Die aktiven Entwürfe waren weniger aktiv als das Hefe-Modellenzym. |
| Zinkprotease ohne Vorgabe eines positionierten Wassermoleküls | 14 von 89 Entwürfen zeigten schwache Aktivität | Schwache Aktivität im jeweiligen Screening. |
| Zinkprotease mit Vorgabe eines positionierten Wassermoleküls | 35 von 38 Entwürfen zeigten eine gewisse Aktivität | Die Aktivität lag laut Bericht im Allgemeinen weiterhin unter der des Ausgangsenzyms. |
Bei der Cysteinprotease soll die Vorgabe eines Wassermoleküls die Reaktion beeinflussen: Modellierungen inaktiver Entwürfe legten Timmer zufolge nahe, dass Wasser den Reaktionsort blockieren könne. In der getrennten Testreihe mit entsprechend positioniertem Wasser zeigten viele Entwürfe eine gewisse Aktivität. Die unterschiedlichen Stichproben und Aktivitätsbeschreibungen erlauben daraus jedoch keinen einheitlichen Effektvergleich.
Was der Zellversuch über mögliche Therapien aussagt
Als das einfache Umlenken eines bestehenden Entwurfs auf ein neues Ziel nicht gut funktionierte, setzten die Forschenden den Designprozess neu auf. Die so entwickelte Zinkprotease spaltete laut Timmer ihr vorgesehenes Zielprotein in Zellen. Das Ziel steht mit neurologischen Erkrankungen wie Alzheimer-Krankheit und frontotemporaler Demenz in Verbindung.
Ein solcher Zellversuch ist ein Laborbefund, kein Therapieergebnis. Für eine Anwendung müsste das Enzym das richtige Gewebe oder die passenden Zellen erreichen; außerdem könnten Immunreaktionen eine Hürde sein. Bei Zielen innerhalb von Zellen müsste auch ein Gen für die Protease in diese Zellen gelangen.
Wie ausgewählte Varianten ihre Aktivität steigerten
Ein besonders aktiver, mutierter Cysteinprotease-Entwurf beschleunigte laut Bericht die Spaltung seiner vorgesehenen Zielsequenz um den Faktor 10⁹ und blieb dabei hochspezifisch. Eine Variante der Zinkprotease, v2, war demnach 30-mal aktiver als der ursprüngliche Entwurf; für die Spaltung von Peptidbindungen wurde eine Beschleunigung um den Faktor 10¹⁰ berichtet. Diese Werte beziehen sich auf die jeweiligen ausgewählten Varianten, nicht auf sämtliche entworfenen Proteasen.
