BE-PROTECT
Hintergrund
Belgische E-Plattform für proteinbasierte Verfeinerung und optimierte Bedrohungsbewertung mittels computergestützter KI-getriebener Technologie.
In den letzten Jahrzehnten hat unser molekulares Verständnis der Biologie explosionsartig zugenommen, mit direkten Folgen für Gesundheit und Landwirtschaft. Gleichzeitig nehmen natürliche biologische Bedrohungen zu, getrieben durch die steigende Mobilität der Menschen, die Störung ökologischer Nischen und den Klimawandel. Mit einem immer größeren Arsenal fortschrittlicher biomolekularer Verfahren lassen sich auch die Bioagenzien, die solche Bedrohungen verursachen, immer leichter (um-)gestalten – ebenso wie die molekularen Therapien, die darauf antworten.
Proteine sind die Schlüsselmoleküle des Lebens, die von Bioagenzien angegriffen oder von Bioagenzien selbst aktiv genutzt werden. Sie sind daher unentbehrlich, um biologische Bedrohungen auf molekularer Ebene zu charakterisieren und in jedem Ansatz der Bioabwehr mögliche Reaktionen darauf zu formulieren. Sie ermöglichen zudem eine funktionelle, stabile und präzise Unterscheidung zwischen Stämmen oder Arten, die genetisch sehr ähnlich sein können, sich hinsichtlich der Pathogenität aber unterschiedlich verhalten.
Die heutige experimentelle Detektion beginnt in der Regel mit der genomischen Analyse, was die Interpretation begrenzt. Die Übertragung der Genominformation auf die Proteinebene kann das Potenzial zur Charakterisierung von Bioagenzien deutlich erhöhen: durch die Suche nach Ähnlichkeiten mit Proteinen bekannter Organismen, die Bestimmung wahrscheinlicher molekularer Wirkmechanismen, die Ableitung von Wirt-Pathogen-Proteininteraktionen und Vorschläge für Gegenmaßnahmen, sowohl kurz- als auch langfristig.
BE-PROTECT schafft verbesserte Bioabwehrmaßnahmen „made in Belgium“, die Bewertung, Prävention und Vorsorge sowie Reaktion und Wiederherstellung bei biologischen Vorfällen optimieren sollen. Dazu entwickelt das Projekt eine computergestützte Pipeline für eine umfassende In-silico-Proteincharakterisierung, die experimentelle Informationen auf Genomebene über Bioagenzien interpretiert – ob natürlich vorkommend oder in böswilliger Absicht freigesetzt.
Die entscheidende Neuheit des Ansatzes besteht darin, dass er auch die nicht faltenden, flexiblen Regionen von Proteinen berücksichtigt. Viele Pathogenmechanismen nutzen solche flexiblen Regionen, um Wirtszellen zu infizieren und in sie einzugreifen, doch wegen der Schwierigkeit, diese Regionen zu charakterisieren und zu interpretieren, bleiben sie meist unberücksichtigt.
BE-PROTECT erreicht dieses Ziel, indem es öffentlich verfügbare Daten, vorhandene Methoden und den verantwortungsvollen Einsatz von KI kombiniert, um Funktion und wahrscheinliche Zielstrukturen der Proteine von Bioagenzien zu bestimmen, sie mit annotierten Pathogenproteinen und mit Wirtsproteinen zu vergleichen und anschließend wahrscheinliche Proteininteraktionen sowie mögliche Wirkstoffe zur Störung des Bioagens über Wirkstoff-Repurposing und KI-entworfene Mini-Binder zu identifizieren.
Die computergestützte Pipeline ist als vollständig Dual-Use angelegt, mit einer öffentlichen Komponente für allgemeine Maßnahmen des Gesundheitsschutzes und einer privaten Komponente für die Bioabwehr im Zusammenhang mit sensiblen Bioagenzien, wobei die Eingabedaten der Pipeline und ihre Ergebnisse vollständig parallel und sicher verarbeitet werden können.
Das Forschungsprogramm DEFRA ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen der belgischen Wissenschaftspolitik (BELSPO) und dem Königlichen Höheren Institut für Verteidigung (RHID). Das RHID verwaltet das Programm, die Förderung und die Begleitung der ausgewählten Projekte.
BE-PROTECT gehört zum DEFRA-Thema 5: Biotechnologien und menschliche Verbesserung/Erweiterung (BHEA).
Das Projekt steht der belgischen Wissenschaftsgemeinschaft offen, vorzugsweise in einer Triple-Helix-Zusammensetzung, in der Hochschulen und Industrie mit öffentlichen Forschungseinrichtungen zusammenarbeiten, um Forschung und Technologie innerhalb der Verteidigung zu fördern.
BE-PROTECT bringt die VUB, Partner der belgischen Verteidigung und PUXANO zusammen, um Bioabwehrmaßnahmen „made in Belgium“ mit gesicherten öffentlichen und privaten computergestützten Komponenten aufzubauen.
Ziel ist es, biologische Ereignisse zu bewerten, zu verhindern, sich darauf vorzubereiten, darauf zu reagieren und sie zu bewältigen – unabhängig davon, ob sie auf eine absichtliche oder versehentliche Freisetzung oder auf natürliche Ausbrüche zurückgehen.
Dieselben molekularen Erkenntnisse können bei Ausbrüchen natürlichen Ursprungs, absichtlichen Freisetzungen, der taktischen Entscheidungsfindung und der Bereitschaft gegenüber unbekannten oder neu auftretenden Pathogenen helfen und zugleich eine breitere nationale und europäische Zusammenarbeit unterstützen. Die Plattform ist darauf ausgelegt, an umfassendere europäische und NATO-Initiativen anzuknüpfen, wodurch die Zusammenarbeit verbessert und die wissenschaftliche und operative Reichweite des Projekts erweitert wird.
Über das Repurposing von Wirkstoffen zur Bekämpfung von Bioagenzien hinaus will das Projekt neue Proteinbinder für Proteine von Bioagenzien entwickeln und so weitere Innovationen in Richtung Biosensoren oder neuer Wirkstoffe ermöglichen. Durch den generischen Charakter der Pipeline kann sie auch an andere Entwicklungen innerhalb der EU oder der NATO anknüpfen und direkte interdisziplinäre Kooperationen mit weiteren DEFRA-Initiativen sowie mit europäischen Verteidigungs- oder NATO-STO-Initiativen ermöglichen.
