Создающие лед белки вдохновили ученых на разработки в криомедицине

Международная команда ученых выяснили, что льдообразующие белки бактерий Pseudomonas syringae способны генерировать кристаллы льда на большинстве поверхностей. Это открывает путь к разработкам в криомедицине, создании искусственного снега и борьбе с обледенением.

Длинные белки INPs из бактерий Pseudomonas syringae — самые мощные инициаторы роста льда из известных науке

Источник: Freepik

Известно, что бактерии Pseudomonas syringae содержат льдообразующие белки (INPs) — молекулы, которые запускают образование льда. Эти INPs — самые мощные из известных инициаторов роста льда, но в природе они связываются только с органическими поверхностями. Команда из Орхусского университета (Дания) и Университета штата Орегон (США) под руководством профессора Тобиаса Вайднера задалась вопросом: могут ли эти белки связываться с искусственными поверхностями так же структурированно, как с клеточными мембранами?

Ответ оказался положительным, и притом неожиданно обнадеживающим. Обычно, когда ученые хотят закрепить белки на искусственных поверхностях (например, на пластике или металле), требуется сложная биоинженерия: нужно создать специальную химию, которая имитирует естественную среду. Белок часто «разваливается» и теряет свою функцию.

Однако с INPs из Pseudomonas syringae все иначе. Исследователи обнаружили, что эти белки связываются с поверхностью слоем одиночных молекул (мономолекулярным слоем), причем сторона, отвечающая за образование льда, оказывается снаружи. Это позволяет льду расти прямо на поверхности. Самое важное: белкам, похоже, всё равно, к какому материалу они прикрепляются. На искусственных и естественных поверхностях INPs связываются удивительно похожим образом: одинаковая толщина слоя, одинаковая структура, одинаковая плотность покрытия.

Бактериальные белки Pseudomonas syringae оказались неприхотливы и сохраняли льдообразующие свойства на любом покрытии

Источник: Американский институт физики

Тот факт, что INPs так охотно связываются с искусственными поверхностями, открывает короткий путь для практического применения. Это позволяет буквально «перемотать вперед» сложный процесс биоинженерии и нанести готовые белки прямо на нужную поверхность, сохраняя их работоспособность.

Поскольку INPs — очень длинные белки, исследователи использовали их укороченную версию (truncated), которая дешевле и легче в обращении. В планах — проверить, будет ли полноразмерный белок работать ещё лучше. Это открывает новые возможности для создания био-вдохновленных морозильных приложений: от покрытий, предотвращающих обледенение самолетов, до более эффективных методов криоконсервации тканей и производства искусственного снега на горнолыжных курортах.

Исследование опубликовано в научном журнале Biointerphases.