Как белки влияют на формирование льда при необычно высоких температурах?

Новости МирТесен

Бактерии, называемые Pseudomonas syringae, растения, в частности, содержат белки, которые стимулируют образование кристаллов льда (Ice-Nucleating Proteins, INP). Эти белки обладают наибольшей известной способностью инициировать рост льда, однако в природе они взаимодействуют исключительно с органическими поверхностями. Исследование механизмов, благодаря которым эти белки провоцируют замерзание воды при температурах выше обычных, а также возможность их применения к искусственным материалам, позволит ученым разрабатывать инновационные технологии, включая предотвращение обледенения, производство искусственного снега, криомедицинские решения и другие.

В журнале Biointerphases исследователи из Орхусского университета в Дании и Орегонского государственного университета опубликовали статью, в которой описано, возможно ли взаимодействие этих белков с искусственными поверхностями, подобно их связыванию с клеточными мембранами.

Установлено, что белковые молекулы формируют на поверхности слой, состоящий из отдельных молекул. При этом их сторона, обращенная к формирующемуся льду, оказывается наружной, что способствует росту льда на поверхности. Интересно, что белки не проявляют избирательности в отношении материала, с которым они взаимодействуют: взаимодействие с искусственными и природными поверхностями наночастиц происходит схожим образом – с одинаковой толщиной слоя, в идентичном порядке и с сопоставимой степенью покрытия.

«Как правило, эти белки взаимодействуют с клеточными мембранами, и, по моему мнению, они должны были бы более тщательно оценивать химический состав поверхности, — отмечает Тобиас Вайднер, ведущий автор исследования. — Зачастую, когда белки адсорбируются на поверхности, в особенности на искусственных, они деградируют и утрачивают свою функциональность».

Значимость заключается в простоте взаимодействия наночастиц, содержащих белки, с искусственными поверхностями. Обычно для обеспечения связывания белков с такими поверхностями необходимы сложные биоинженерные манипуляции, направленные на создание химических соединений, воспроизводящих естественную среду. Благодаря способности наночастиц с инкапсулированными белками упорядоченно присоединяться к поверхностям, этот процесс упрощается, и их можно применять без дополнительных модификаций.

INP — это белки с большой молекулярной массой, поэтому в ходе исследований ученые применяли их сокращенную форму, которая более доступна по цене и удобна в работе. В дальнейшем они намерены установить, способен ли полноразмерный INP демонстрировать лучшие результаты на искусственных поверхностях по сравнению с его укороченным вариантом, что позволит расширить возможности использования биотехнологий в криогенной сфере.

[Фото: Golbek et al. / American Institute of Physics]