Искусственный интеллект усиливает иммунитет растений для борьбы с опасными бактериями

ИИ помогает растениям получить мощный иммунный импульс, позволяя им эффективнее противостоять бактериальным угрозам, которые эволюционируют быстрее традиционных методов защиты. Фото: Shutterstock

Учёные из Калифорнийского университета в Дэвисе применили искусственный интеллект, чтобы расширить способность растений распознавать бактериальные угрозы. Это открытие может привести к созданию новых методов защиты сельскохозяйственных культур, таких как томаты и картофель, от разрушительных заболеваний. Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.

Как и животные, растения обладают иммунной системой. Часть их защитного механизма включает иммунные рецепторы, которые позволяют обнаруживать бактерии и противостоять им. Один из таких рецепторов, FLS2, помогает растениям распознавать флагеллин — белок, содержащийся в микроскопических хвостиках, которые бактерии используют для передвижения. Однако бактерии постоянно эволюционируют, чтобы избежать обнаружения.

«Бактерии ведут гонку вооружений со своими растительными хозяевами и могут изменять аминокислоты в составе флагеллина, чтобы избежать обнаружения», — пояснила ведущий автор исследования Гитта Коукер, профессор кафедры фитопатологии.

Чтобы помочь растениям не отставать в этой гонке, команда Коукер использовала естественные вариации в сочетании с искусственным интеллектом — в частности, инструмент AlphaFold, разработанный для предсказания трёхмерной структуры белков. Учёные модифицировали рецептор FLS2, по сути, «апгрейднув» его иммунную систему для обнаружения большего числа патогенов.

Исследователи сосредоточились на рецепторах, уже известных своей способностью распознавать широкий спектр бактерий, даже если они не встречаются у полезных сельскохозяйственных культур. Сравнивая их с более узкоспециализированными рецепторами, учёные смогли определить, какие аминокислоты необходимо изменить.

«Мы смогли «воскресить» побеждённый рецептор, который ранее проигрывал патогенам, и дать растению шанс на сопротивление инфекции гораздо более целенаправленным и точным способом», — отметила Коукер.

Почему это важно

По словам Коукер, это открывает путь к созданию широкоспектральной устойчивости сельскохозяйственных культур к заболеваниям с помощью прогностического дизайна.

Одна из главных целей исследователей — Ralstonia solanacearum, возбудитель бактериального увядания. Некоторые штаммы этого почвенного патогена могут заражать более 200 видов растений, включая такие важные культуры, как томаты и картофель.

В дальнейшем команда планирует разработать инструменты машинного обучения для прогнозирования, какие иммунные рецепторы стоит редактировать в будущем. Также они пытаются сократить количество аминокислот, требующих изменения.

Этот подход может быть применён и для усиления других иммунных рецепторов по аналогичной стратегии.

Среди соавторов исследования — Тяньрунь Ли, Эстебан Харкин Боланьос, Даниэль Стивенс и Ханьсюй Ша из Калифорнийского университета в Дэвисе, а также Даниил Пригожин из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.

Исследование поддержано Национальными институтами здравоохранения США и Национальным институтом продовольствия и сельского хозяйства при Министерстве сельского хозяйства США.

Источники:

Материалы предоставлены Калифорнийским университетом в Дэвисе.