谷歌人工智能工具的帮助下，科学家们发现了一种喜热微生物的蛋白质是如何对地球上最深的海沟的挤压条件做出反应的，这为这些生命的基石在早期地球条件下是如何进化的提供了新的见解。
新发表在《PRX Life》杂志上的这一发现，可能会推动对其他行星上蛋白质和生命内部运作的进一步研究，并作为人工智能如何能够加速此类研究几十年的成功案例研究。
“这项工作让我们更好地了解如何设计一种新的蛋白质来承受压力，并为我们提供了新的线索，让我们知道什么样的蛋白质更有可能存在于高压环境中，比如海底或另一个星球上，”约翰霍普金斯大学的化学家斯蒂芬弗里德(Stephen Fried)说，他是这项研究的共同负责人。
弗里德的研究小组将嗜热菌——一种因其耐热能力而广泛用于科学实验的微生物——置于模拟马里亚纳海沟压力的实验室模拟环境中。测试表明，它的一些蛋白质能够抵抗这些压力水平，因为它们的原子结构之间有额外的空间，这种设计使它们能够压缩而不会坍塌。
蛋白质的构建模块或氨基酸链“折叠”或组织成3D结构的方式决定了它们的功能。但这些结构可能对温度、压力和环境中的其他因素(以及生化和遗传事故)非常敏感，这些因素会导致它们错误地折叠成功能失调的形状。
分析显示，细菌中60%的蛋白质抵抗了压力，而其余的则在压力下弯曲，形状变得变形，特别是在已知具有重要生化功能的点或部位。这些发现有助于解释其他生物是如何在会杀死大多数生物的极端压力下茁壮成长的。
弗里德说:“数十亿年来，生命显然有一种进化的动力来适应不同的环境，但进化有时听起来几乎像一件神奇的事情。”“在这里，我们真正深入到这是如何发生的生物物理学，并看到这是因为这些蛋白质构建块的3D排列中的简单几何解决方案。”
弗里德说，这些发现证明了人工智能在科学发现方面的潜力。通过整合谷歌AlphaFold工具的力量，该团队绘制了嗜热T.的整套蛋白质的压力敏感部分。人工智能工具预测了生物体超过2500种蛋白质的结构，帮助研究小组计算了它们的结构和抵抗压力变化的能力之间的相关性——这一壮举需要几十年的时间才能完成，弗里德说。
虽然这种模式生物以其在温泉或热液喷口附近茁壮成长的能力而闻名，而不是其承受深海压力的能力，但约翰霍普金斯大学研究“极端”生物的化学家哈利·莫兰(Haley Moran)说，这一发现可能会为深海生物的研究提供更多的线索。
“很多人预测，如果我们要找到外星生命，我们会在一些行星或卫星的海洋深处找到它。但我们并不完全了解我们自己的海洋中的生命，那里有许多不同的物种，它们不仅容忍会杀死我们的东西，而且喜欢它，并在其中茁壮成长，”莫兰说。“我们正在研究蛋白质，生命的基石之一，并将它们置于极端条件下，看看它们如何适应，以推动生命的界限。”
这些发现还强调了高压测试如何揭示隐藏在其他生物体中的额外分子功能。参与设计高压实验的康奈尔大学化学家理查德·吉利兰(Richard Gillilan)说，到目前为止，传统的想法是，压力水平需要远远超过海沟的水平，才能影响蛋白质的生物化学。
“我们真的很惊讶，但当我们继续仔细检查数字并检查单个分子结构时，我们意识到这是一张藏宝图，”吉利兰说。“我们打开了一扇门，将为结构和生物物理研究提供许多新的目标，甚至可能是药物发现。”
该团队下一步将对其他生物进行实验，特别是那些在深海高压下茁壮成长的生物。
其他作者还有约翰霍普金斯大学的埃德加·曼里克斯-桑多瓦尔和皮尤什·夏尔马。
这项研究得到了美国国家科学基金会、美国国家科学基金会分子和细胞生物学分部、美国国立卫生研究院、美国国家普通医学科学研究所、阿尔伯斯坦脑研究基金会和纽约州帝国发展公司的支持。
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