Зимняя стойкость: как пауки Clubiona выживают при минусовых температурах
В то время как большинство пауков не способны переносить суровые морозы, отдельные виды, например Bolyphantes index из Норвегии, демонстрируют удивительную устойчивость к холоду. К ним присоединились и представители рода Clubiona, которые встречаются практически по всему миру. Их способность оставаться активными даже в зимние месяцы заинтересовала ученых, ведь подобное поведение для пауков крайне необычно.
Ключ к выживанию этих членистоногих — особые белки, которые действуют как природный антифриз. Такие молекулы ранее находили у полярных рыб, а также у некоторых насекомых, но у Clubiona они сформировались независимо, что подтверждает явление конвергентной эволюции. Это значит, что схожие механизмы защиты от холода возникли у разных организмов, не связанных между собой близким родством.
Эксперименты и открытия: как работают белки-антифризы Clubiona
В ходе исследований международная команда под руководством Лори Грэм из Университета Куинс (Канада) собрала 43 экземпляра Clubiona в зимний период 2022–2023 годов. Экстракты из их тел показали поразительный эффект: температура замерзания воды снижалась более чем на четыре градуса Цельсия. Даже при значительном разбавлении экстракта ледяные кристаллы переставали расти, что подтверждало высокую эффективность белков.
Для выделения этих белков ученые применили пять циклов ледовой аффинной очистки. Масс-спектрометрия выявила несколько изоформ антифризных белков, каждая из которых получила отдельный регистрационный номер в базе GenBank. Примечательно, что в структуре белков обнаружены гликозилированные участки — присоединенные углеводы, которые, по мнению специалистов, дополнительно стабилизируют молекулы при низких температурах.
Генетика и структура: уникальность белков Clubiona
Используя транскриптомику, исследователи определили, что в выборке присутствовали по меньшей мере три вида Clubiona: C. pallidula, C. lutescens и C. brevipes. Последовательности белков-антифризов оказались уникальными для этого рода и не встречались у других пауков или насекомых. Это открытие подчеркивает исключительность защитного механизма Clubiona.
Трехмерная структура белков была смоделирована с помощью системы AlphaFold2. Оказалось, что молекулы имеют β-соленоидную складку с плоской поверхностью, выстланной остатками треонина. Такая конфигурация позволяет белкам эффективно связываться с кристаллами льда и препятствовать их росту. В отличие от аналогичных белков у рыб, молекулы Clubiona почти полностью связывались с замерзшей фракцией при повторных циклах очистки, что говорит о высокой эффективности.
Практическое значение: перспективы использования белков Clubiona
Понимание механизма действия антифризных белков Clubiona открывает новые возможности для биотехнологий. Ученые считают, что подобные молекулы можно применять для защиты сельскохозяйственных культур от промерзания, увеличения срока хранения продуктов и даже в медицине — например, при криоконсервации клеток и тканей.
Эксперименты с белками Clubiona показали, что их действие превосходит многие известные аналоги. Это может стать основой для создания новых препаратов и технологий, способных защитить живые организмы и материалы от воздействия низких температур.
Если Вы не знали: кто такая Лори Грэм и чем известен Университет Куинс
Лори Грэм (Laurie A. Graham) — биохимик, специализирующаяся на изучении белков, связанных с устойчивостью к экстремальным условиям. Она возглавляет исследовательскую группу в Университете Куинс (Queen’s University) в Канаде, одном из старейших и наиболее престижных вузов страны. Университет Куинс был основан в 1841 году и известен своими достижениями в области медицины, биологии и инженерии. Здесь работают ученые, внесшие значительный вклад в развитие молекулярной биологии и биотехнологий. В последние годы лаборатория Грэм активно занимается поиском новых белков-антифризов, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и медицине. Благодаря этим исследованиям Университет Куинс укрепил свою репутацию как центр передовых биотехнологических разработок. Лори Грэм и ее команда сотрудничают с международными научными организациями, а их публикации регулярно появляются в ведущих научных журналах. Открытия, сделанные в лаборатории Грэм, уже привлекли внимание крупных компаний, заинтересованных в коммерциализации новых биомолекул. Университет также поддерживает стартапы, работающие в сфере биотехнологий, и активно внедряет инновации в образовательный процесс. Благодаря таким проектам, как исследование белков Clubiona, Куинс продолжает оставаться одним из лидеров в мировой науке.
