Zajednički plan proteina

Sitni insekti poznati kao biljne vaši ubrizgavaju stotine misterioznih proteina u biljke i preusmeravaju aktivnost njihovih gena kako bi izgradili gale, strukture sastavljene od biljnog tkiva, ali oblikovane prema potrebama insekata.

Ove tvorevine služe kao sklonište i izvor hrane za njihovo potomstvo.

Sada su naučnici iz laboratorije istraživača Dejvida Sterna (David Stern), doktora nauka sa Instituta za medicinska istraživanja Stowers, u saradnji sa strukturnim biolozima iz laboratorije Anđele Gronenborn (Angela Gronenborn) sa Univerziteta u Pitsburgu, otkrili da hiljade ovih proteina kod sedam vrsta biljnih vaši imaju zajednički strukturni plan.

Evolucija je toliko izmenila taj osnovni plan da bi on mogao da omogući biljnim vašima da razviju molekularni arsenal za manipulisanje biljkama i zaobilaženje njihove odbrane.

„Veoma smo se usredsredili na to šta ovi proteini zapravo rade u biljci“, rekao je Stern. „Kako funkcionišu? Ne liče ni na šta što smo do sada videli. Jedan od načina da bolje razumemo ovaj problem jeste da utvrdimo njihovu trodimenzionalnu strukturu, što je i bio glavni motiv ovog projekta.“

Rezultati istraživanja, objavljeni 2. septembra 2026. u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences, predstavljaju novi način korišćenja sistema veštačke inteligencije AlphaFold2 za predviđanje strukture proteina koji se brzo menjaju i koje je dugo bilo teško proučavati.

Ovaj pristup mogao bi da pomogne naučnicima u istraživanju drugih proteina sa sličnim karakteristikama, uključujući one koji učestvuju u imunološkim procesima, interakcijama između domaćina i parazita, kao i u poljoprivredi. Nalazi istovremeno otkrivaju nove detalje o evolutivnoj trci između biljnih vaši i biljaka koje napadaju.

Proteini koji se menjaju izuzetnom brzinom

Stern i njegov tim ranije su otkrili ovu porodicu molekula i nazvali ih BICYCLE proteinima, prema karakterističnom motivu ponavljanja cisteina u njihovoj strukturi.

Od samog početka, ovi proteini predstavljali su veliki istraživački izazov. Biolozi obično pokušavaju da utvrde funkciju nepoznatog proteina tako što njegovu sekvencu aminokiselina upoređuju sa milionima sekvenci zabeleženih u javnim bazama podataka. Ako pronađu sličan, već poznat protein, to im može pružiti važan trag o njegovoj ulozi.

Međutim, pretrage BICYCLE proteina nisu dale nikakva poklapanja. Njihove sekvence menjaju se toliko brzo iz generacije u generaciju da su postale gotovo neprepoznatljive u poređenju sa drugim proteinima.

„Odmah smo mogli da vidimo da ne liče ni na jedan drugi protein koji biste mogli pronaći u bazi podataka“, rekao je Stern.

Ovakva brzina evolucije sama po sebi ukazuje na sukob. Proteini koji se nalaze na prvoj liniji interakcije između parazita i njegovog domaćina često evoluiraju veoma brzo, jer obe strane neprestano razvijaju nove načine da nadmudre jedna drugu.

Dejvid Stern, istraživač na Institutu za medicinska istraživanja Stowers i istraživač na Medicinskom institutu Hauarda Hjuza, objašnjava kako su naučnici iskoristili evolutivne informacije iz blisko srodnih vrsta biljnih vaši da bi pomogli sistemu AlphaFold2 da pravilno predvidi strukture brzo evoluirajućih proteina BICYCLE.

Istraživanje je otkrilo zajednički strukturni plan za približno 2.400 proteina i pristup koji bi mogao da pomogne u proučavanju drugih brzo evoluirajućih proteina uključenih u imunološke procese i interakcije između domaćina i parazita.

Kada je AlphaFold dao pogrešan odgovor

U saradnji sa laboratorijom Gronenborn, istraživački tim je godinama radio na kristalizaciji dva BICYCLE proteina i određivanju njihove strukture pomoću rendgenske difrakcije.

Dobijene strukture nisu odgovarale nijednoj ranije zabeleženoj strukturi proteina. Ipak, sadržale su verziju strukturnog motiva poznatog u biologiji kao sapozinu sličan strukturni nabor, odnosno saposin-like fold.

Upravo te nedelje predstavljen je novi alat za duboko učenje, AlphaFold2, koji je obećavao veoma precizno predviđanje struktura proteina. Stern je uneo sekvence BICYCLE proteina u sistem, ali je dobio pogrešan rezultat.

Taj neuspeh pokazao se kao jedan od najvažnijih trenutaka istraživanja, jer je otkrio nešto ključno o načinu rada veštačke inteligencije: sposobnosti AlphaFold2 ne zasnivaju se samo na mašinskom učenju. Sistem se u velikoj meri oslanja i na evolutivne podatke koji mu se stavljaju na raspolaganje.

Kod BICYCLE proteina takvi podaci nedostajali su.

„Kada je pretražio bazu podataka u potrazi za sličnim proteinima, nije mogao da pronađe nijedan“, objasnio je Stern. „Taj deo programa AlphaFold2 bio je prazan. To je zaista bila prazna kutija.“

Rešenje je zahtevalo izlazak iz laboratorije i prikupljanje novih podataka. Istraživači su sakupljali biljne vaši širom Virdžinije i Zapadne Virdžinije, a zbog jedne ključne vrste otputovali su i u Japan. Zatim su sekvencirali njihove genome i te evolutivne informacije iskoristili da dopune podatke koji su nedostajali sistemu AlphaFold2.

Pokazalo se da je za uspešno predviđanje struktura, koje je Stern želeo da razume, veštačkoj inteligenciji bilo potrebno više od same računarske snage: bila joj je potrebna evolutivna istorija proteina.

„I gle čuda, AlphaFold2 nam je vratio strukturu kristala koju smo već bili utvrdili“, rekao je Stern.

Zajednički strukturni plan i neočekivana misterija

Nakon što je metoda počela da daje rezultate, istraživači su generisali približno 2.400 visokopouzdanih predviđanja struktura proteina kod sedam vrsta biljnih vaši.

Jedna karakteristika stalno se ponavljala: isti sapozinu sličan strukturni nabor, koji se u različitim proteinima ponavljao i pojavljivao u različitim rasporedima.

Osnovni strukturni plan bio je prisutan iznova i iznova, ali je kod svakog proteina bio umnožen, drugačije orijentisan ili modifikovan.

Naučnici su očekivali da će, pored zajedničke strukture, pronaći još neku osobinu koja povezuje ove proteine i ukazuje na njihovu zajedničku funkciju.

Međutim, nisu pronašli ništa slično.

„Nismo pronašli ništa“, rekao je Stern. „Nije bilo očuvanih oblasti sa pozitivnim ili negativnim električnim naelektrisanjem, niti regiona koji odbijaju vodu ili onih koji je privlače. Ništa.“

Iako su proteini bili grupisani prema strukturi, njihove površinske hemijske osobine raspoređivale su se duž gotovo neprekidnog spektra.

„Koristili smo sve metode kojih smo mogli da se setimo kako bismo ih razvrstali u različite grupe, ali jednostavno nismo uspeli“, rekao je Stern. „To ukazuje na mogućnost da ovi proteini koriste veliki broj različitih mehanizama u biljci kako bi preuzeli kontrolu nad njenim ćelijama.“

Autori istraživanja smatraju da BICYCLE proteini evoluiraju istovremeno u dva pravca: pronalaze nove molekularne mete unutar biljke i menjaju se tako da ih biljni imunski sistem teže prepoznaje. Na taj način nastaje prilagodljiv molekularni arsenal oblikovan neprekidnom evolutivnom trkom između insekata i njihovih biljnih domaćina.

„Ovo je zaista tek početak našeg rada na BICYCLE proteinima i istraživanja načina na koje insekti kontrolišu biljke“, rekao je Stern. „Veoma sam uzbuđen zbog budućnosti i onoga što ćemo moći da postignemo kako bismo zaista razumeli kako ovi molekuli upravljaju biologijom biljaka.“