В условиях глобального потепления, когда засухи и жары становятся обыденностью, урожаи основных культур сокращаются. Но менее заметны внутренние процессы в растениях, где высокие температуры нарушают молекулярные механизмы их жизнедеятельности. По материалам DeepMind, ученые используют AlphaFold для усиления фермента, критически важного для фотосинтеза, открывая путь к культурам, устойчивым к перегреву.
Фотосинтез под угрозой
Сердце этих механизмов — фотосинтез, процесс, питающий почти всю жизнь на Земле. Растения производят глюкозу через сложную координацию ферментов в клетках. С ростом глобальных температур эта координация сбивается.
Беркли Уокер, доцент Мичиганского государственного университета, изучает, как сохранить этот баланс. «Природа уже имеет чертежи ферментов, способных выдерживать жару, — говорит он. — Наша задача — учиться у этих примеров и внедрять такую устойчивость в культуры, от которых мы зависим».
Лаборатория Уокера фокусируется на ферменте глицераткиназе (GLYK), помогающем растениям перерабатывать углерод во время фотосинтеза. Гипотеза: при перегреве GLYK перестает работать, и фотосинтез останавливается.
Роль AlphaFold в исследовании
Поскольку структура GLYK никогда не определялась экспериментально, команда обратилась к AlphaFold для предсказания ее трехмерной формы — не только у растений, но и у термофильной водоросли, процветающей в вулканических горячих источниках. Интегрируя предсказанные структуры в молекулярные симуляции, исследователи наблюдали, как ферменты изгибаются и деформируются при повышении температуры.
Проблема проявилась четко: три гибкие петли в растительной версии GLYK теряют форму при высокой жаре. «AlphaFold обеспечил доступ к экспериментально недоступным структурам ферментов и помог выявить ключевые участки для модификации», — отмечает Уокер.
На основе этих данных ученые создали гибридные ферменты, заменив нестабильные петли растительного GLYK более жесткими из водоросли. Один из них сохраняет стабильность при температурах до 65 °C.
Когда AlphaFold предсказывает структуры белков быстрее и точнее, чем традиционные методы, это не просто инструмент — это ускоритель биоинженерии, позволяющий проектировать устойчивые культуры без десятилетий лабораторных проб. Но не забывайте: модели ИИ — это приближения, и реальные тесты на полях покажут, насколько предсказания оправдаются, а не станут очередным обещанием, которое тает под солнцем.
Следующие шаги и перспективы
Далее Уокер планирует выращивать растения с этими гибридными ферментами и проверять их устойчивость к жаре. В случае успеха подход можно распространить на другие чувствительные к температуре ферменты фотосинтеза. Со временем это может стать молекулярным набором инструментов для адаптации разнообразных культур к потеплению, защищая урожаи и обеспечивая продовольственную безопасность будущих поколений.
Как говорит Беркли Уокер: «Мы сейчас смотрим, сможет ли этот фермент повысить температурную устойчивость модельного растения».