de.wedoany.com-Bericht: Dem Team um Gao Caixia vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ist es erfolgreich gelungen, mithilfe von Künstlicher Intelligenz funktionell aktive synthetische pflanzliche Immunrezeptoren von Grund auf neu zu entwickeln.
Im natürlichen Immunsystem von Pflanzen fungieren NLR-Immunrezeptoren als „Wächter", die nach Erkennung bestimmter Proteine von Krankheitserregern oder Viren die Abwehr aktivieren. Allerdings ist die Anzahl natürlicher Rezeptoren begrenzt, ihre Erkennungsmodule sind strukturell komplex und schwer zu modifizieren, und die schnelle Mutation von Krankheitserregern führt häufig zum Verlust der Resistenz. Das Team um Gao Caixia konzentrierte sich auf eine Klasse von NLR-Rezeptoren, die eine integrierte Köderdomäne enthalten. Dieses Erkennungsmodul ist strukturell klein, funktionell unabhängig und kann ausgetauscht und zusammengebaut werden.
Das Team nutzte zunächst KI, um die dreidimensionale Struktur von Pathogenproteinen vorherzusagen, entwarf dann mit dem Tool BindCraft von Grund auf neue Binderproteine, die fest an die Pathogenproteine binden, und setzte schließlich dieses künstliche Erkennungsmodul in das Immunrezeptor-Gerüst von Reis ein, um einen synthetischen Immunwächter zu konstruieren. Mit dem Hüllprotein des Kartoffelvirus Y als Ziel erkannten 11 der 48 entworfenen synthetischen Immunrezeptoren das Ziel genau und aktivierten die Immunantwort. Anschließend wurden 391 Rezeptoren gegen Proteine verschiedener Pflanzenviren, Bakterien, Pilze, Oomyceten und anderer Krankheitserreger entworfen, von denen 71 erfolgreich die Immunantwort aktivierten – eine Erfolgsquote von fast 20 %.
Einige der KI-entworfenen Erstversionen wiesen eine unzureichende Immunaktivität oder Probleme mit der Selbstaktivierung auf. Daher führte das Team ein gerichtetes Evolutionierungssystem in Pflanzen ein, um die synthetischen Immunrezeptoren in Pflanzenzellen zu optimieren, die Aktivität zu steigern und das Niveau der Selbstaktivierung zu senken. So entstand ein vollständiger Entwicklungsprozess aus „Design – Konstruktion – Test – Evolution".
Ein Gutachter bewertete die Studie als einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der pflanzlichen Immuntechnik, der die Grundlage für die Entwicklung dauerhafter und breit wirksamer Krankheitsresistenzen legt.
Gao Caixia erklärte, dass diese Arbeit einen Paradigmenwechsel bei pflanzlichen Immunrezeptoren von der „natürlichen Entdeckung" hin zum „künstlichen, präzisen Design" darstellt und die krankheitsresistente Züchtung von der „Nutzung der Natur" hin zur „gezielten Schaffung" vorantreibt.
