AlphaFold giúp các nhà khoa học tạo ra các loại cây trồng chịu nhiệt tốt hơn

Ngày 4 tháng 12 năm 2025

Các nhà khoa học đang sử dụng AlphaFold để tăng cường một loại enzyme thiết yếu cho quá trình quang hợp (GLYK), mở đường cho các loại cây trồng có khả năng phục hồi, chịu nhiệt tốt hơn, có thể thích ứng với biến đổi khí hậu và giúp đảm bảo an ninh lương thực.

Khi tình trạng ấm lên toàn cầu đi kèm với nhiều đợt hạn hán và sóng nhiệt hơn, năng suất của một số cây trồng chủ lực đang giảm sút. Tuy nhiên, điều ít được chú ý hơn là những gì đang diễn ra bên trong các loài cây này, nơi nhiệt độ cao có thể phá vỡ bộ máy phân tử giúp chúng tồn tại.

Ở trung tâm của bộ máy đó là một quá trình sử dụng năng lượng mặt trời để hỗ trợ gần như toàn bộ sự sống trên Trái Đất: quá trình quang hợp. Cây cối sử dụng quá trình quang hợp để tạo ra glucose - nguồn năng lượng nuôi dưỡng sự phát triển của chúng - thông qua một bản giao hưởng phức tạp của các enzyme bên trong tế bào thực vật. Khi nhiệt độ toàn cầu tăng lên, bản giao hưởng đó có thể trở nên mất cân bằng.

Berkley Walker, phó giáo sư tại Đại học Michigan State, dành thời gian của mình để tìm hiểu cách giữ cho bản giao hưởng đó luôn nhịp nhàng. “Thiên nhiên đã có sẵn các bản thiết kế cho rất nhiều enzyme có thể chịu được nhiệt,” ông nói. “Nhiệm vụ của chúng tôi là học hỏi từ những ví dụ đó và xây dựng khả năng phục hồi tương tự vào các loại cây trồng mà chúng ta phụ thuộc.”

Phòng thí nghiệm của Walker tập trung vào một loại enzyme thiết yếu trong quá trình quang hợp gọi là glycerate kinase (GLYK), một enzyme giúp cây tái chế carbon trong quá trình quang hợp. Một giả thuyết cho rằng, nếu nhiệt độ quá cao, GLYK sẽ ngừng hoạt động và quá trình quang hợp sẽ thất bại.

Nhóm nghiên cứu của Walker đã bắt tay vào tìm hiểu lý do tại sao. Do cấu trúc của GLYK chưa bao giờ được xác định bằng thực nghiệm, họ đã sử dụng AlphaFold để dự đoán hình dạng 3D của nó, không chỉ ở thực vật mà còn ở một loại tảo chịu nhiệt sống trong các suối nước nóng núi lửa. Bằng cách sử dụng các hình dạng dự đoán của AlphaFold và đưa chúng vào các mô phỏng phân tử tinh vi, các nhà nghiên cứu có thể quan sát cách các enzyme này uốn cong và xoắn lại khi nhiệt độ tăng lên.

Đó là lúc vấn đề trở nên rõ ràng: ba vòng lặp linh hoạt trong phiên bản GLYK của thực vật bị rung lắc và biến dạng ở nhiệt độ cao.

Walker cho biết các thí nghiệm đơn thuần không thể cung cấp những hiểu biết sâu sắc như vậy: “AlphaFold cho phép chúng tôi tiếp cận các cấu trúc enzyme không thể có được bằng thực nghiệm và giúp chúng tôi xác định các phần quan trọng để sửa đổi.”

Với kiến thức này, các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của Walker đã tạo ra một loạt các enzyme lai, thay thế các vòng lặp không ổn định trong GLYK của thực vật bằng các vòng lặp cứng hơn được lấy từ GLYK của tảo. Một trong số các enzyme lai này đã hoạt động xuất sắc, duy trì sự ổn định ở nhiệt độ lên tới 65°C.

“Chúng tôi hiện đang xem xét liệu enzyme này có làm tăng khả năng chống chịu nhiệt độ của một loại cây trồng mẫu hay không.”

Berkley Walker

Phó Giáo sư tại Đại học Michigan State

Bước tiếp theo của Walker là trồng các loại cây được biến đổi gen để sản xuất các enzyme lai này và kiểm tra xem chúng có thể hoạt động tốt trong điều kiện khắc nghiệt hay không. Nếu thành công, phương pháp này có thể được áp dụng cho các enzyme khác nhạy cảm với nhiệt độ trong quá trình quang hợp. Mục tiêu là củng cố quy trình cốt lõi thúc đẩy sự phát triển của thực vật. Theo thời gian, chiến lược này có thể phát triển thành một bộ công cụ phân tử giúp nông nghiệp thích ứng nhiều loại cây trồng với thế giới đang nóng lên, bảo vệ mùa màng và đảm bảo an ninh lương thực cho các thế hệ tương lai.

Link bài viết gốc

• Tags:
• Ai
• December 2025
• Deepmind.google