Для медицины и пищевой промышленности. Найден белок, помогающий выживать в холодных экосистемах

Ученые получили новые данные о структуре лёд-связывающих белков, позволяющих организмам выживать в холодных экосистемах. Знание особенностей строения и механизма действия этих белков позволит создавать их искусственные аналоги для использования в медицине и пищевой промышленности.

В дикой природе такие белки встречаются у арктических рыб, некоторых насекомых и растений, которые могут приспосабливаться к холоду. Сотрудники Центра масс-спектрометрического анализа ИХБФМ СО РАН получили гомогенный препарат одного из таких белков и совместно с сотрудниками лаборатории структурной биологии ИХБФМ СО РАН и коллегами из лаборатории перспективных исследований мембранных белков МФТИ изучили его методами масс-спектрометрии, компьютерного моделирования, атомно-силовой микроскопии и малоуглового рассеяния.

«В растворе белка мы обнаружили комплексы, которые при понижении температур увеличиваются в размере, увеличивая площадь взаимодействия со льдом и тем самым препятствуют его росту или меняют форму кристаллов льда, делая ее менее разрушительной. Это позволяет живым организмам избежать повреждений клеток при замерзании воды. Лед-связывающий белок имеет очень маленький размер, поэтому для более эффективного взаимодействия ему выгодно образовывать такую форму, которая бы позволяла увеличить площадь покрытия льда», -рассказывает Светлана Баранова, старший научный сотрудник Центра масс-спектрометрического анализа ИХБФМ СО РАН, руководитель гранта РНФ.

Дальнейшее изучение структуры белка, получение данных о том, какими аминокислотными остатками он взаимодействует со льдом, позволит в будущем получить искусственный аналог белка-антифриза, который сможет применяться в разных сферах деятельности для предотвращения разрушений после замораживания-оттаивания. Это открывает широкие возможности в решении таких задач, как криоконсервация клеток, тканей и органов, долгосрочное хранение продуктов питания без потери их потребительских свойств в пищевой промышленности и создание покрытия против обледенения поверхности для аэрокосмических аппаратов, солнечных панелей и ветряных турбин.

Лед-связывающие белки сейчас используются в разных сферах деятельности человека: в сельском хозяйстве (при заморозке посевных культур или при хранении овощей), медицине и криохирургии (при трансплантации клеток и органов), в пищевой промышленности (при хранении продуктов, а также при производстве мороженого) и т.д. Традиционные технологии, которые применяются при заморозке, как правило, меняют текстуру препаратов, за счет разрушительного действия кристаллов льда. Применение лед-связывающих белков, контролирующих рост и форму льда, позволит избежать повреждений.

Исследование выполнено в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, поддержано грантом Российского научного фонда №23-24-00256.

Изображение на обложке: Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН