Conception par IA d'Artificial Protein Binders pour contrôler la transpiration foliaire pour faire face au changement climatique – ADAPT

L'intelligence artificielle est un outil puissant pour résoudre des problèmes biologiques complexes et elle a connu une croissance rapide ces dernières années. Dans les problèmes biologiques liés à la biologie structurelle, l'IA a fortement contribué à résoudre des questions clés telles que la conception ab initio des protéines. Cela a radicalement changé ce domaine de recherche, ouvrant la porte à toute une série de possibilités qu'il n'était pas possible d'aborder auparavant. Dans ce contexte, la biologie végétale évolue rapidement pour exploiter les possibilités offertes par l'IA. Dans le cadre du projet ADAPT, nous souhaitons utiliser l'IA pour développer une nouvelle biotechnologie permettant de contrôler un paramètre physiologique clé chez les plantes, échanges gazeux et la transpiration foliaire. En effet, les échanges gazeux des feuilles sont essentiels pour contrôler l'absorption et la fixation du CO2 par la photosynthèse et ont un impact direct sur la production de biomasse végétale. De plus, la transpiration foliaire est un paramètre clé pour contrôler la perte d'eau des plantes et est essentielle pour la réponse des plantes à la sécheresse et aux températures élevées. Les échanges gazeux des feuilles sont contrôlés par les stomates. Il s'agit de pores microscopiques à la surface des feuilles qui peuvent s'ouvrir et se fermer pour s'adapter aux changements environnementaux et optimiser le compromis entre l'absorption de CO2 et la perte d'eau. L'intelligence artificielle est un outil puissant pour résoudre des problèmes biologiques complexes. La régulation de l'ouverture des stomates est donc importante pour la croissance des plantes et donc pour le rendement des cultures. Au cours des dernières décennies, plusieurs acteurs moléculaires clés régulant l'ouverture des stomates ont été identifiés, notamment certains canaux ioniques (SLAC1, ALMT12, ALMT9) et certains récepteurs (PYR/PYL/RCAR) et voies de signalisation. Par conséquent, nous pouvons maintenant sélectionner des cibles moléculaires possibles qui pourraient être exploitées pour contrôler l'ouverture des stomates et, par conséquent, les échanges gazeux des feuilles grâce à des stratégies biotechnologiques innovantes.
Le développement de l'IA en biologie structurale, associé à la puissance de la détermination structurale expérimentale des protéines membranaires et solubles grâce à des technologies puissantes telles que la cryoEm, ouvre la possibilité de concevoir des Artificial Protein Binders capables de contrôler l'activité des protéines clés impliquées dans les réponses intracellulaires. La conception de ces liants est un type de stratégie de « conception de médicaments » où le « médicament » est une petite protéine (< 100 Acides Aminés). Le projet ADAPT veut donc utiliser l'IA pour générer des Artificial Protein Binders spécifiques à certains canaux ioniques et récepteurs stomatiques afin de contrôler activement l'ouverture des stomates. Pour ce faire, deux partenaires, l'un français et l'autre coréen, uniront leurs expertises complémentaires pour s'attaquer à ce problème. Les partenaires s'appuient sur une collaboration établie à l'interface entre la biologie structurale, l'IA, la biophysique et la physiologie moléculaire des plantes et ont développé un pipeline pour aborder cette question.
Le projet ADAPT vise à développer, grâce à l'IA, une stratégie innovante de biologie synthétique pour fournir des outils moléculaires permettant de contrôler la transpiration des plantes et l'absorption du CO2. Dans le contexte du futur changement climatique, il sera nécessaire de trouver des solutions biotechnologiques innovantes pour pouvoir maintenir la production végétale malgré les conditions changeantes. Le développement de Artificial Protein Binders pour contrôler l'ouverture des stomates pourrait être un outil précieux pour relever les défis futurs posés par les prévisions climatiques et la production agricole.