Микробиологи обнаружили бактерии с суперспособностями

Изображение: James Kremer And Sheng Yang He

Ученые из Института Макса Планка исследовали молекулярные механизмы, благодаря которым бактерия, которая известна под наименованием Pseudomonas syringae, замораживает окружающую ее воду. Исследователи определили, что конструкция особого белка на мембране микроорганизма, может усиливать формирование льда. Итоги опубликованы в издании Science Advances.

В большинстве случаев чистая вода способна замерзать при куда более низкой температуре (до -36 °C), что принято называть сверхохлаждением воды. Некоторые бактерии имеют на поверхности своей мембраны белки, провоцирующие формирование кристаллов льда при температуре чуть ниже точки плавления. Это нужно, чтобы лед, который может повредить клетки, образовывался на сравнительно безопасном расстоянии.

Одним из таких микробов является бактерия Pseudomonas syringae, которая часто используется для создания искусственного снега для зимних спортивных площадок. Она также играет большую роль в повреждении сельскохозяйственных культур в холодное время года, участвует в формировании облаков и осадков, и привлекает все большее внимание ученых, как один из факторов, регулирующий круговорот воды в природе и даже климат в целом.

Цель исследований заключалась в выяснении того, что на самом деле происходит на границе раздела двух фаз: воды и мембранной поверхностью P.syringae. Исследователи применили спектроскопию, основанную на сложении частот света, чтобы понять, как формирование водородных связей между молекулами воды и белками бактерий приводит к упорядочиванию структуры воды.

Белок, который микроорганизмы используют для замораживания окружающей их воды, называется inaZ. Он закреплен на внешней стороне клеточной мембраны и имеет активные участки, которые провоцируют формирование кристаллов льда. Результаты показали, что конструкция этих участков, которая могла бы служить своего рода шаблоном для ориентации молекул воды, не достаточна для образования льда, как предполагали ранние гипотезы, но может занимать значимую часть в этом процессе. Так, гидрофильные и гидрофобные элементы белков усиливают замерзание воды при понижении температуры. Также белковые элементы оказались способны удалять тепло из окружающей среды.

Исследователи акцентируют внимание на том, что нужны дополнительные исследования для выяснения точных молекулярных механизмов, которые были задействованы в формировании кристаллов льда в жидкой воде. Кроме того, полученные данные остаются справделивыми только для бактерий, похожих на P.syringae, поскольку другие бактерии могут использовать совершенно другие методы замораживания воды.