Удивительная устойчивость пауков Clubiona к морозам и роль АФП
В отличие от большинства представителей своего класса, многие пауки рода Clubiona способны оставаться активными даже во время суровой зимы, когда температура опускается значительно ниже нуля. Это стало возможным благодаря уникальному антифризному белку (АФП), который защищает их организмы от опасного процесса замерзания. Хотя иные виды насекомых и членистоногих, такие как Bolyphantes index из северных регионов Европы или пауки-скакуны из заснеженных лесов Аляски и Чилийских Анд, демонстрируют схожую удивительную холодоустойчивость, пауки Clubiona обладают своим собственным, не имеющим аналогов механизмом адаптации.
Антифризные белки в природе встречаются у разных организмов, от мотыльков до обитателей ледяных морей. Однако среди пауков впервые была обнаружена совершенно оригинальная форма такого белка: уникальная β-соленоидная структура Clubiona отличается тем, что не только блокирует рост кристаллов льда, но и сама по себе возникла благодаря конвергентной эволюции — организмам, не связанным близкородственным происхождением, удалось «изобрести» почти идентичное решение одной проблемы.
Экспериментальные находки: подтверждение удивительных свойств белка
Международная команда исследователей из Университета Куинс провела комплексное исследование, собрав 43 экземпляра пауков Clubiona в зимние месяцы 2022-2023 годов. Опытным путем подтвердилось, что экстракт даже одной особи способен понизить точку замерзания воды более чем на четыре градуса Цельсия — впечатляющее достижение среди паукообразных! Даже после сильного разбавления активность этого антифризного белка не терялась, а рост ледяных кристаллов полностью прекращался.
Для выделения белков использовали прогрессивную методику ледовой аффинной очистки. После пяти циклов такого разделения исследователи получили концентрированную фракцию белка и затем проанализировали его строение с помощью масс-спектрометрии. Оказалось, что у пауков Clubiona существует несколько изоформ АФП, для которых были присвоены отдельные номера в мировой базе данных GenBank (например, Isoform 1 — PQ846958 и Isoform 2 — PQ846959). Анализ показал наличие гликозилированных участков — специальных углеводов, помогающих белку сохранять стабильность в условиях сильного холода.
Генетическое разнообразие и уникальность Clubiona
В ходе исследования была выполнена транскриптомика — современный метод, позволяющий определить, какие гены были активны у собранных пауков. Таким образом выяснилось, что в образцах присутствовали по меньшей мере три вида: C. pallidula, C. lutescens и C. brevipes. Особенность этого открытия в том, что найденные антифризные белки оказались специфичными исключительно для рода Clubiona — у других членистоногих и насекомых их аналоги ранее не встречались.
AlphaFold2 и 3D-структура белка-антифриза
Ключ к пониманию эффективности АФП Clubiona дал алгоритм AlphaFold2, который позволил точно смоделировать его трехмерную структуру. Молекула напоминает плоскую складку, выстланную цепочками остатков треонина — именно благодаря им белок чрезвычайно прочно связывается с кристаллами льда и предотвращает их разрастание. Более того, эти белки при очистке почти полностью переходят в ледяную фракцию, что отличает их от аналогичных белков у других животных, таких как рыбы — особенно у атлантической трески.
Биотехнологические перспективы открытий о Clubiona
Раскрытие механизма зимней выживаемости пауков Clubiona открывает большие горизонты для практического применения этих знаний. Разработка аналогичных антифризных белков может дать нам новые инструменты для защиты сельскохозяйственных культур от замерзания, увеличения сроков хранения еды или даже улучшения методик криосбережения клеток и тканей в медицине. Такое фундаментальное открытие подчеркивает, насколько поразительна изобретательность природы и какие возможности оно может дать ученым, инженерам и биотехнологам по всему миру.
Источник: naked-science.ru
