|
Строительные блоки жизни адаптируются к высокому давлению
|
|
|
|
Инструмент искусственного интеллекта Google помог ученым выяснить, как белки теплолюбивых микробов реагируют на суровые условия глубочайших океанских впадин планеты, что позволило по-новому взглянуть на то, как эти строительные блоки жизни могли развиться в условиях ранней Земли.
|
|
|
|
Результаты, опубликованные в журнале PRX Life, вероятно, послужат толчком к дальнейшим исследованиям внутренней работы белков и жизни на других планетах и послужат успешным примером того, как искусственный интеллект смог ускорить такие исследования на десятилетия.
|
|
|
|
"Эта работа дает нам лучшее представление о том, как можно создать новый белок, способный противостоять стрессу, и дает новые сведения о том, какие типы белков с большей вероятностью будут существовать в условиях высокого давления, например, на дне океана или на другой планете", - сказал Стивен Фрид, сотрудник Университета Джона Хопкинса. Университетский химик, который был одним из руководителей исследования.
|
|
|
|
Команда Фрида подвергла Thermus thermophilus — микроорганизм, широко используемый в научных экспериментах благодаря своей способности выдерживать высокую температуру, — лабораторному давлению, имитирующему давление в Марианской впадине. Тесты показали, что некоторые из его белков устойчивы к таким нагрузкам, поскольку обладают встроенной гибкостью и дополнительным пространством между их атомными структурами, что позволяет им сжиматься, не разрушаясь.
|
|
|
То, как строительные блоки белка, или аминокислотные цепочки, "сворачиваются" или организуются в трехмерные структуры, определяет их функцию. Но эти структуры могут быть очень чувствительны к температуре, давлению и другим факторам окружающей среды (а также к биохимическим и генетическим сбоям), которые приводят к тому, что они неправильно сворачиваются и принимают дисфункциональные формы.
|
|
|
|
Анализ показывает, что 60% белков в бактериях сопротивлялись давлению, в то время как остальные прогибались под ним, и их форма деформировалась, особенно в точках или участках, которые, как известно, выполняют важные биохимические функции. Полученные данные могут помочь объяснить, как другие организмы процветают в условиях экстремальных нагрузок, которые могли бы убить большинство живых существ.
|
|
|
|
"Очевидно, что жизнь на протяжении миллиардов лет эволюционно стремилась адаптироваться к различным условиям окружающей среды, но иногда эволюция может казаться почти волшебной вещью", - сказал Фрид. "Здесь мы действительно углубляемся в биофизику того, как это происходит, и видим, что это происходит из-за простого геометрического решения в трехмерном расположении строительных блоков этих белков".
|
|
|
|
По словам Фрида, полученные результаты свидетельствуют о потенциале искусственного интеллекта для научных открытий. Используя возможности инструмента AlphaFold от Google, команда ученых нанесла на карту чувствительные к давлению части всего набора белков T. thermophilus. По словам Фрида, инструмент искусственного интеллекта предсказал структуру более чем 2500 белков организма, помогая команде рассчитать корреляцию между их конфигурацией и способностью противостоять изменениям давления — достижение, на выполнение которого потребовалось бы много десятилетий только при прямых измерениях.
|
|
|
|
"Хотя модельный организм известен своей способностью процветать вокруг горячих источников или гидротермальных источников, а не способностью противостоять глубоководному давлению, полученные данные могут пролить свет на глубоководную жизнь, которая в высшей степени малоизучена, а также неизвестна", — говорит автор Хейли Моран, химик из Университета Джона Хопкинса, изучающая "экстремальные" условия жизни". организмы.
|
|
|
|
"Многие люди предсказывают, что если мы и найдем внеземную жизнь, то найдем ее глубоко в океане какой-нибудь планеты или Луны. Но мы не до конца понимаем жизнь в нашем собственном океане, где обитает множество различных видов, которые не просто терпят то, что может нас убить, они любят это и процветают в нем", - сказал Моран. "Мы берем белки, один из строительных блоков жизни, и помещаем их в эти экстремальные условия, чтобы посмотреть, как они могут адаптироваться, чтобы расширить границы жизни".
|
|
|
|
Полученные результаты также показывают, как тесты под высоким давлением могут выявить дополнительные молекулярные функции, которые остаются скрытыми в других организмах. "До сих пор считалось, что уровень давления должен быть повышен намного выше уровня океанской впадины, чтобы повлиять на биохимию белка", - говорит автор Ричард Гиллилан, химик из Корнеллского университета, который помогал проводить эксперименты с высоким давлением.
|
|
|
|
"Мы были действительно застигнуты врасплох, но по мере того, как мы продолжали перепроверять цифры и изучать отдельные молекулярные структуры, мы поняли, что это карта сокровищ", - сказал Гиллилан. "Мы открыли дверь, которая откроет множество новых возможностей для структурных и биофизических исследований, возможно, даже для разработки лекарств".
|
|
|
|
Затем команда продолжит эксперименты с другими организмами, особенно с теми, которые процветают в условиях высокого давления в океанских глубинах. Другими авторами являются Эдгар Манрикес-Сандовал и Пийуш Шарма из Университета Джона Хопкинса.
|
|
|
|
Источник
|
