MIT-Team erhält bis zu 53 Millionen Dollar für KI-entwickelte Herbizide
Ein von MIT geleitetes Forschungsteam erhält von ARPA-H bis zu 53 Millionen Dollar, um KI-basierte Herbizid-Alternativen zu entwickeln. Sie sollen Landwirte unterstützen, Resistenzen verringern und Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt begrenzen.
- ARPA-H hat einem von MIT geleiteten Team im Rahmen seines STREAM-Programms bis zu 53 Millionen Dollar zugesprochen.
- Das PLOW-Projekt wird generative KI nutzen, um Herbizid-Alternativen zu entwickeln.
- Die Modelle werden Kandidaten im Hinblick auf Wirksamkeit, Kosten sowie geringere gesundheitliche und ökologische Risiken optimieren.
- Die Forschung umfasst Hochdurchsatz-Screening, Gewächshausstudien und den mikrobiellen Abbau von Chemikalien.
Ein neuer Ansatz zur Unkrautbekämpfung
Die Förderung erfolgt über die U.S. Advanced Research Projects Agency for Health im Rahmen ihres STREAM-Programms, kurz für Systems for Tracking and Resilience in Efficient Agricultural-input Management. Das Projekt mit dem Namen Precision Learning for On-target Weed control wird von Christopher Voigt geleitet, dem Leiter des Department of Biological Engineering am MIT.
In den Vereinigten Staaten werden jedes Jahr mehr als 1 Milliarde Pfund Herbizide eingesetzt. Diese Chemikalien helfen, Ernteverluste zu verhindern und regenerative Anbaumethoden zu unterstützen. Allerdings entwickeln einige Unkräuter Resistenzen gegen weit verbreitete Produkte. Das MIT verwies zudem auf Bedenken, dass der Kontakt mit Herbiziden zu Krebs, Stoffwechsel- und endokrinen Erkrankungen sowie anderen negativen gesundheitlichen Folgen beitragen könnte.
„Wegen der Resistenzmutationen, die sich entwickelt haben, besteht ein echter Bedarf an neuen Herbiziden“, sagt Voigt laut MIT News. Er verwies außerdem auf Bedenken hinsichtlich möglicher Auswirkungen von Herbiziden auf Menschen und die Umwelt.
Generative KI sucht nach geeigneten Molekülen
Das Team für generative KI wird Modelle entwickeln, die Moleküle vorhersagen, welche pflanzliche Enzyme stören können, die von Glyphosat und anderen Herbiziden angegriffen werden. Bei den Kandidaten kann es sich um chemische Verbindungen oder um kleine interferierende RNA handeln, auch bekannt als siRNA.
Glyphosat wirkt, indem es EPSP-Synthase stört, ein Enzym, das Pflanzen zur Produktion mehrerer essenzieller Aminosäuren benötigen. Laut MIT News haben genetische Mutationen es einigen Unkräutern ermöglicht, nach jahrelanger Anwendung Resistenzen gegen Herbizide zu entwickeln. Dadurch sinkt deren Wirksamkeit und Ernteerträge sind gefährdet.
Die Modelle sollen Milliarden möglicher Kandidaten erzeugen. Die Forschenden werden die Designs im Hinblick auf niedrige Synthesekosten, ein geringes Risiko für die Entstehung von Resistenzen und ein geringes Risiko für Schäden bei Menschen oder in der Umwelt optimieren. Die Gruppe wird von Connor Coley und Regina Barzilay vom MIT sowie Alexander Tropsha von der University of North Carolina at Chapel Hill geleitet.
Screening, Gewächshausversuche und chemische Reinigung
Ein zweites Team wird die von der KI erzeugten Kandidaten untersuchen, um Moleküle zu identifizieren, die ihre vorgesehenen Ziele treffen. Die Screening-Daten werden anschließend in die Computermodelle zurückgespeist, um diese zu verbessern. Die Gruppe wird von Angela Koehler vom MIT und Jaime Cheah vom Broad Institute of MIT and Harvard geleitet.
Nachdem die Kandidatenmengen eingegrenzt wurden, wird ein drittes Team Gewächshausstudien unter verschiedenen landwirtschaftlichen Bedingungen durchführen. Die ersten Gewächshaustests mit RNAi-Kandidaten der Anfangsphase sollen bis zum Ende des ersten Projektjahres abgeschlossen sein.
Das Projekt wird außerdem lebende mikrobielle Systeme entwickeln, die Agrochemikalien abbauen, bevor sie Lebensmittel, Böden oder Gewässer erreichen. Entwickelte Bakterien, Pilze und srRNA sollen Chemikalien und Bestandteile der Formulierungen in Biomasse umwandeln. Zum größeren Team sollen Forschende des Broad Institute, der University of North Carolina at Chapel Hill, der University of Tennessee at Knoxville, der University of Illinois at Urbana-Champaign und von Robigo gehören.
Bei Erfolg könnte die Arbeit Landwirten Alternativen zu Herbiziden bieten, bei denen Resistenzprobleme auftreten, und zugleich Bedenken hinsichtlich importierten Phosphors, eines wichtigen Bestandteils von Glyphosat, adressieren. Die Forschung ist laut MIT News außerdem darauf ausgelegt, die Belastung der Umwelt und des Menschen durch landwirtschaftliche Chemikalien zu verringern.
