Los científicos están utilizando AlphaFold en su investigación para fortalecer una enzima que es vital para la fotosíntesis, allanando el camino para cultivos más tolerantes al calor.
A medida que el calentamiento global va acompañado de más sequías y olas de calor, las cosechas de algunos cultivos básicos se están reduciendo. Pero menos visible es lo que sucede dentro de estas plantas, donde las altas temperaturas pueden destruir la maquinaria molecular que las mantiene vivas.
En el corazón de esa maquinaria se encuentra un proceso impulsado por el sol que sustenta prácticamente toda la vida en la Tierra: la fotosíntesis. Las plantas utilizan la fotosíntesis para producir la glucosa que impulsa su crecimiento mediante una intrincada coreografía de enzimas dentro de las células vegetales. A medida que aumentan las temperaturas globales, esa coreografía puede fallar.
Berkley Walker, profesor asociado de la Universidad Estatal de Michigan, pasa sus días pensando en cómo mantener esa coreografía al día. “La naturaleza ya tiene los planos de muchas enzimas que pueden soportar el calor”, afirma. “Nuestro trabajo es aprender de esos ejemplos y desarrollar esa misma resiliencia en los cultivos de los que dependemos”.
El laboratorio de Walker se centra en una enzima vital en la fotosíntesis llamada glicerato quinasa (GLYK), una enzima que ayuda a las plantas a reciclar carbono durante la fotosíntesis. Una hipótesis es que, si hace demasiado calor, GLYK deja de funcionar y la fotosíntesis falla.
El equipo de Walker se propuso entender por qué. Como la estructura de GLYK nunca se ha determinado experimentalmente, recurrieron a AlphaFold para predecir su forma 3D, no sólo en plantas sino también en un alga amante del calor que prospera en las aguas termales volcánicas. Al tomar las formas predichas por AlphaFold y conectarlas a sofisticadas simulaciones moleculares, los investigadores pudieron observar cómo estas enzimas se flexionaban y retorcían a medida que aumentaba la temperatura.
Fue entonces cuando el problema se hizo evidente: tres bucles flexibles en la versión vegetal de GLYK se deformaron con el calor intenso.
Los experimentos por sí solos nunca podrían proporcionar tales conocimientos, dice Walker: “AlphaFold permitió el acceso a estructuras enzimáticas no disponibles experimentalmente y nos ayudó a identificar secciones clave para su modificación”.
Armados con este conocimiento, los investigadores del laboratorio de Walker crearon una serie de enzimas híbridas que reemplazaron los bucles inestables del GLYK de la planta por otros más rígidos tomados del GLYK de las algas. Uno de ellos tuvo un comportamiento espectacular y permaneció estable a temperaturas de hasta 65 °C.