AlphaFoldを使用した耐熱性作物のエンジニアリング

研究者は、光合成に重要な酵素を強化するためにAlphaFoldを活用し、より高い温度に耐える作物の開発を可能にしています。このアプローチは、地球温暖化、干ばつ、熱波によって引き起こされる主要作物の収穫量減少のリスクに対処します。これらは、植物が生存するために必要な分子機構を破壊する可能性があります。

AlphaFoldを使用した熱不安定性の特定

AlphaFoldは、光合成中の炭素のリサイクルに不可欠なグリセレートキナーゼ(GLYK)の3D構造を予測するために使用されました。これは、実験的に構造が決定されていなかったためです。標準的な植物と火山性温泉の熱好性藻類におけるGLYKの予測構造を比較することで、研究者は特定の故障ポイントを特定することができました。

これらのAlphaFold予測に基づく分子シミュレーションにより、チームは植物版のGLYKにおける3つの柔軟なループが高熱にさらされると不安定になり、「形を崩れて揺れ動く」ことが判明し、これにより光合成が失敗することを発見しました。

ハイブリッド耐熱性酵素のエンジニアリング

この不安定性を解決するために、研究チームは植物のGLYKの不安定なループを藻類のバージョンの酵素から借りたより剛性の高いループに置き換えることで、ハイブリッド酵素を作成しました。

このエンジニアリングの取り組みにより、65°Cまで安定するハイブリッド酵素が得られました。ミシガン州立大学の准教授であるBerkley Walkerによると：

AlphaFoldは実験的に得られない酵素構造へのアクセスを可能にし、修正すべき重要なセクションを特定するのに役立ちました。

グローバル農業への今後の影響

この研究の次の段階では、これらのハイブリッド酵素を生産するようにエンジニアリングされたモデル植物を育て、実際の熱条件下での耐性をテストします。成功すれば、この手法は光合成過程におけるその他の温度に敏感な酵素にも拡張できます。

この戦略は、温暖化する気候に適応するさまざまな作物のための分子ツールキットを作成することを目的としており、これにより世界の食糧生産を守り、将来の世代の収穫を確保する可能性があります。