Как пауки Clubiona переживают зиму: объяснение ученых

Новости МирТесен

Для выживания в условиях отрицательных температур пауки рода Clubiona синтезируют специальные белки, выполняющие функцию антифризов. Исследователи, проанализировав образцы членистоногих, полученные в грушевых садах вблизи города Брно (Чехия), выяснили молекулярный механизм, благодаря которому эти пауки не впадают в состояние зимней спячки.

Пауки, как правило, не выносят холода, но членистоногие, относящиеся к виду Bolyphantes index и обитающие в Норвегии, отлично переносят низкие температуры. Зимой охотятся также пауки-скакуны Philodromus spp и некоторые виды, встречающиеся на Аляске и в Чилийских Андах. Причиной тому является наличие антифризных белков, которые либо частично, либо полностью оберегают пауков от промерзания.

В последнее время исследователи обратили внимание на род пауков-мешконосцев, который встречается практически повсеместно Clubiona: вырабатываемый ими антифризный белок (АФП) с уникальной β-соленоидной структурой — молекулами, впервые обнаруженными у полярных рыб, — связывался с кристаллами льда, препятствуя замерзанию жидкостей. Хотя белки Clubiona были похожи на те, что вырабатывают мотыльки и жуки, они сформировались независимо в результате конвергентной эволюции, когда у разных организмов, не состоящих в близком родстве, развиваются схожие «решения» для выполнения одной и той же задачи.

В период с декабря 2022 по февраль 2023 года международная исследовательская группа во главе с Лори Грэм из Университета Куинс (Канада) собрала 43 паука. Они выяснили, что экстракт из тела одного паука способен снижать температуру замерзания воды более чем на четыре градуса Цельсия. Этот эффект сохранялся даже после двадцатикратного разбавления, при этом рост ледяных кристаллов прекращался. Результаты научной работы опубликованы в FEBS Journal.

Для удаления примесей белки подвергались пяти последовательным циклам ледовой аффинной очистки, процессе, при котором белки, извлеченные из раствора, замораживаются вместе с ним. Масс-спектрометрический анализ выявил, что АФП представлен в нескольких изоформах (их собственные регистрационные номера в базе данных GenBank: изоформа 1 — PQ846958, изоформа 2 — PQ846959. Структура содержит гликозилированные участки, то есть углеводы, которые, по всей вероятности, придают белку устойчивость при низких температурах.

Используя метод транскриптомики для изучения активности генов, Грэм и его соавторы выявили наличие не менее чем трех видов пауков в исследованной выборке Clubiona: С. pallidula, C. lutescens C. brevipes. Анализ последовательностей показал, что белки-антифризы, обнаруженные у этих пауков, являются уникальными для данного рода и не были найдены у других членистоногих и насекомых.

Структура АФП получила трехмерную форму благодаря моделированию с использованием системы AlphaFold2: β-соленоидная складка с плоской поверхностью была покрыта рядами остатков треонина, способны формировать сложные структуры, обеспечивающие взаимодействие с кристаллами льда и их сцепление Clubiona были чрезвычайно эффективными: при повторных циклах очистки они почти полностью связывались с замерзшей фракцией, чего не наблюдалось у белков полярных рыб (например, у атлантических тресковых).

Авторы статьи полагают, что изучение особенностей антифризовых белков позволяет объяснить зимнюю активность пауков и открывает перспективы для создания инновационных биотехнологий Clubiona также можно использовать для защиты культурных растений от промерзания, продления срока хранения пищевых продуктов, а также в медицине — например, при криоконсервации клеток и тканей.