يستخدم العلماء AlphaFold في أبحاثهم لتقوية الإنزيم الحيوي لعملية التمثيل الضوئي، مما يمهد الطريق لمحاصيل أكثر تحملاً للحرارة.
ومع تزايد ظاهرة الاحتباس الحراري وموجات الجفاف والحرارة، تتقلص محاصيل بعض المحاصيل الأساسية. لكن ما يحدث داخل هذه النباتات أقل وضوحًا، حيث يمكن للحرارة العالية أن تحطم الآلية الجزيئية التي تبقيها على قيد الحياة.
وفي قلب هذه الآلية تكمن عملية تعمل بالطاقة الشمسية وتدعم كل أشكال الحياة على الأرض تقريبًا: عملية التمثيل الضوئي. تستخدم النباتات عملية التمثيل الضوئي لإنتاج الجلوكوز الذي يغذي نموها من خلال تصميم الرقصات المعقدة للإنزيمات داخل الخلايا النباتية. ومع ارتفاع درجات الحرارة العالمية، يمكن أن يتعثر هذا التصميم.
يقضي بيركلي ووكر، الأستاذ المشارك في جامعة ولاية ميشيغان، أيامه في التفكير في كيفية الحفاظ على تصميم الرقصات هذا. ويقول: “إن الطبيعة تمتلك بالفعل مخططات للكثير من الإنزيمات التي يمكنها التعامل مع الحرارة”. “مهمتنا هي أن نتعلم من تلك الأمثلة ونبني نفس المرونة في المحاصيل التي نعتمد عليها.”
يركز مختبر ووكر على إنزيم حيوي في عملية التمثيل الضوئي يسمى جليسيرات كيناز (GLYK)، وهو إنزيم يساعد النباتات على إعادة تدوير الكربون أثناء عملية التمثيل الضوئي. إحدى الفرضيات هي أنه إذا أصبح الجو حارًا جدًا، يتوقف GLYK عن العمل، وتفشل عملية التمثيل الضوئي.
شرع فريق ووكر في فهم السبب. نظرًا لأن بنية GLYK لم يتم تحديدها تجريبيًا مطلقًا، فقد لجأوا إلى AlphaFold للتنبؤ بشكلها ثلاثي الأبعاد، ليس فقط في النباتات ولكن أيضًا في الطحالب المحبة للحرارة التي تزدهر في الينابيع البركانية الساخنة. من خلال أخذ الأشكال التي تنبأ بها AlphaFold وربطها بمحاكاة جزيئية متطورة، تمكن الباحثون من مشاهدة هذه الإنزيمات وهي تنثني وتلتوي مع ارتفاع درجة الحرارة.
وهنا برزت المشكلة: ثلاث حلقات مرنة في النسخة النباتية من GLYK تمايلت وخرجت من شكلها عند الحرارة العالية.
يقول ووكر إن التجارب وحدها لا يمكنها أبدًا تقديم مثل هذه الأفكار: “لقد أتاح AlphaFold إمكانية الوصول إلى هياكل الإنزيمات غير المتوفرة تجريبيًا وساعدنا في تحديد الأقسام الرئيسية للتعديل”.
مسلحين بهذه المعرفة، قام الباحثون في مختبر ووكر بصنع سلسلة من الإنزيمات الهجينة التي استبدلت الحلقات غير المستقرة في نبات GLYK بحلقات أكثر صلابة مستعارة من GLYK للطحالب. كان أداء أحد هذه الأجهزة مذهلًا، وظل مستقرًا عند درجات حرارة تصل إلى 65 درجة مئوية.
