Искусственный интеллект помог раскрыть, как белки микроба адаптируются к высокому давлению

С помощью инструмента искусственного интеллекта Google AlphaFold ученые выяснили, как белки термофильного микроорганизма реагируют на экстремальное давление глубочайших океанских впадин. Это дает новое понимание того, как эти «строительные блоки жизни» могли эволюционировать в условиях ранней Земли.

Результаты, опубликованные в PRX Life, могут стимулировать дальнейшие исследования внутреннего устройства белков и жизни на других планетах. Работа также служит успешным примером того, как ИИ способен ускорить подобные исследования на десятилетия.

Ключевые выводы исследования:

• Ученые из Университета Джонса Хопкинса подвергли бактерию Thermus thermophilus (известную своей термоустойчивостью) в лаборатории давлению, имитирующему условия Марианской впадины.
• Анализ показал, что 60% белков бактерии выдержали давление, а остальные 40% потеряли форму, особенно в участках, важных для биохимической функции.
• Устойчивые белки обладают встроенной гибкостью и дополнительным пространством между атомными структурами, что позволяет им сжиматься, не разрушаясь.
• ИИ-инструмент AlphaFold предсказал структуру более чем 2500 белков T. thermophilus, что позволило команде быстро вычислить корреляцию между их конфигурацией и устойчивостью к давлению. Без ИИ на это ушли бы десятилетия прямых измерений.

Значение работы:

• Понимание адаптации: Исследование показывает конкретный биологический механизм — «простую геометрическую особенность» в 3D-устройстве белков, — благодаря которому жизнь эволюционно приспосабливается к экстремальным условиям.
• Изучение экстремофилов: Хотя T. thermophilus известна термофилией, а не барофилией, открытия проливают свет на малоизученную жизнь в глубинах океана, где организмы не просто выживают, а процветают в убийственных для нас условиях.
• Новые цели для науки: Работа опровергает прежние представления, что для влияния на биохимию белка нужно давление, значительно превышающее океаническое. Это открывает «дверь» для новых структурных и биофизических исследований, а также потенциально для открытия лекарств.
• Астробиология: Понимание того, какие белки могут существовать в условиях высокого давления, дает ключи к поиску возможной жизни в глубоких океанах других планет или лун.

Дальнейшие шаги: Команда планирует провести эксперименты с другими организмами, в частности с теми, которые естественным образом процветают под высоким давлением в глубоком океане.