借助人工智能 极端微生物揭示了生命构造模块如何适应高压

谷歌人工智能工具的协助帮助科学家们发现了嗜热微生物的蛋白质如何应对地球最深海沟的恶劣条件，从而为这些生命组成部分在早期地球条件下如何进化提供了新的见解。

该研究结果发表在《PRX Life》杂志上，可能会促使人们进一步研究其他星球上的蛋白质和生命的内部运作，并成为人工智能如何将此类研究加速数十年的成功案例。

“这项研究让我们更好地了解如何设计一种新的蛋白质来抵抗压力，并为我们了解哪些类型的蛋白质更有可能存在于高压环境中(如海底或其他星球上的环境)提供了新的线索，”共同领导这项研究的约翰霍普金斯大学化学家斯蒂芬弗里德说。

弗里德的团队将嗜热菌(一种因其耐热能力而广泛用于科学实验的微生物)置于实验室模拟压力下，模拟马里亚纳海沟的压力。测试显示，嗜热菌的一些蛋白质能够抵抗这种压力水平，因为它们具有内在的灵活性，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。

蛋白质的组成单元或氨基酸链“折叠”或组织成三维结构的方式决定了它们的功能。但这些结构对温度、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折叠成功能失调的形状。

分析显示，细菌中 60% 的蛋白质能够抵抗压力，而其余蛋白质则会在压力下弯曲，形状变形，特别是在已知具有重要生化功能的点或位点。这些发现有助于解释其他生物如何在会杀死大多数生物的极端压力下茁壮成长。

“生命显然具有适应数十亿年不同环境的进化动力，但进化有时听起来几乎像是一件神奇的事情，”弗里德说。“在这里，我们真正深入研究了这种现象发生的生物物理学，并发现这是由于这些蛋白质构件的三维排列中存在一个简单的几何解。”

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 工具的强大功能，该团队绘制了嗜热链球菌整个蛋白质组的压力敏感部分。人工智能工具预测了该生物体 2,500 多种蛋白质的结构，帮助团队计算出它们的配置与抵抗压力变化的能力之间的相关性——弗里德说，仅靠直接测量需要几十年才能完成这一壮举。

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