Como AlphaFold está ajudando cientistas a desenvolver culturas mais tolerantes ao calor — Google DeepMind

Os cientistas estão usando AlphaFold em suas pesquisas para fortalecer uma enzima que é vital para a fotossíntese, abrindo caminho para culturas mais tolerantes ao calor.

À medida que o aquecimento global é acompanhado por mais secas e ondas de calor, as colheitas de algumas culturas básicas estão a diminuir. Mas menos visível é o que está a acontecer no interior destas plantas, onde o calor elevado pode destruir a maquinaria molecular que as mantém vivas.

No centro dessa maquinaria está um processo movido pelo sol que sustenta praticamente toda a vida na Terra: a fotossíntese. As plantas usam a fotossíntese para produzir a glicose que alimenta seu crescimento por meio de uma intrincada coreografia de enzimas dentro das células vegetais. À medida que as temperaturas globais aumentam, essa coreografia pode falhar.

Berkley Walker, professor associado da Michigan State University, passa os dias pensando em como manter a coreografia em ritmo. “A natureza já possui o modelo de muitas enzimas que podem lidar com o calor”, diz ele. “Nosso trabalho é aprender com esses exemplos e construir a mesma resiliência nas culturas das quais dependemos.”

O laboratório de Walker concentra-se em uma enzima vital na fotossíntese chamada glicerato quinase (GLYK), uma enzima que ajuda as plantas a reciclar carbono durante a fotossíntese. Uma hipótese é que, se ficar muito quente, o GLYK para de funcionar e a fotossíntese falha.

A equipe de Walker decidiu entender o porquê. Como a estrutura do GLYK nunca foi determinada experimentalmente, eles recorreram ao AlphaFold para prever a sua forma 3D, não apenas em plantas, mas também numa alga que gosta de calor e que prospera em fontes termais vulcânicas. Ao pegar nas formas previstas do AlphaFold e conectá-las a simulações moleculares sofisticadas, os investigadores puderam observar como estas enzimas se flexionavam e se torciam à medida que a temperatura subia.

Foi aí que o problema entrou em foco: três loops flexíveis na versão vegetal do GLYK oscilavam e ficavam fora de forma em altas temperaturas.

Os experimentos por si só nunca poderiam fornecer tais insights, diz Walker: “O AlphaFold permitiu o acesso a estruturas enzimáticas experimentalmente indisponíveis e nos ajudou a identificar seções-chave para modificação”.

Munidos desse conhecimento, os pesquisadores do laboratório de Walker criaram uma série de enzimas híbridas que substituíram as alças instáveis ​​do GLYK da planta por outras mais rígidas emprestadas do GLYK da alga. Um deles teve um desempenho espetacular, permanecendo estável em temperaturas de até 65 °C.