Исследователи из Орегонского университета и Университета Орхуса в Дании выяснили, что льдообразующие белки из бактерий Pseudomonas syringae способны связываться с искусственными материалами так же эффективно, как с органическими. Эти молекулы запускают формирование льда при температурах выше обычных и считаются самыми мощными природными инициаторами замерзания воды. Открытие может пригодиться при разработке противообледенительных покрытий для дорог, в криомедицине и производстве искусственного снега.
Молекулы формируют на поверхности слой толщиной всего в один белок, при этом сторона, отвечающая за образование льда, направлена наружу. Тип материала не влияет на процесс связывания — на искусственных и натуральных основах протеины располагаются с одинаковой толщиной слоя, похожей структурой и степенью покрытия. Обычно на синтетических материалах молекулы теряют форму и перестают работать, но льдообразующие сохраняют функциональность. Это свойство делает их особенно ценными для практического применения.
Ученые использовали фотоэлектронную спектроскопию для изучения связывания с гидрофильными и гидрофобными основами. В экспериментах применялась укороченная версия протеина — полноразмерные молекулы слишком длинные для лабораторной работы и дороже в производстве. Команда планирует проверить, будут ли полные версии работать еще эффективнее на искусственных материалах, что может расширить возможности их использования.
Бактерии Pseudomonas syringae паразитируют на растениях и встречаются по всему миру. Их обнаруживали в градинах в Западной Африке, а штаммы с Ближнего Востока вызывали осадки в Калифорнии. Эти микроорганизмы играют важную роль в формировании осадков в атмосфере, попадая туда с поверхности растений.
Обычно для закрепления протеинов на синтетике требуется биоинженерия и создание химических соединений, имитирующих природную среду. Способность льдообразующих молекул самостоятельно упорядоченно прикрепляться к различным основам позволяет пропустить этот сложный этап. Теперь их можно использовать напрямую, что значительно упрощает и удешевляет потенциальные технологии. Результаты опубликованы в журнале Biointerphases.
Отдельного внимания заслуживает эволюционная логика, стоящая за этим механизмом. Замораживая поверхность листьев, бактерия намеренно повреждает растительные клетки, получая доступ к питательным веществам внутри. Патоген использует физику фазового перехода воды как биологическое оружие, эта «агрессивная» молекулярная архитектура, отточенная миллионами лет паразитизма, оказывается настолько универсальной и устойчивой, что работает даже на материалах, которых в природе никогда не существовало.
Ранее мы писали, о чем рассказал лед Антарктиды астрономам.
Источник: hi-tech.mail.ru