SA: обнаружено, что грибы вызывают образование льда

Фото из открытых источников

Группа исследователей из США и Германии выявила белки грибов, способные замораживать воду при относительно высоких отрицательных температурах, что открывает перспективы для более безопасного засеивания облаков, улучшения климатических моделей и новых достижений в области консервации продуктов питания и медицины. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.

В процессе, называемом засеиванием облаков, в облака выбрасываются частицы, способные вызвать превращение воды в облаках в кристаллы льда, называемые нуклеаторами льда.

Затем кристаллы льда увеличиваются в размерах, поскольку к ним прилипает все больше и больше молекул воды.

По принципу снежного кома, кристаллы льда растут и становятся тяжелее, падают на землю, тают, проходя через атмосферу, и превращаются в дождь.

Традиционно для образования зародышей льда используется частица йодида серебра, которая является высокотоксичной.

Профессор Борис Винатцер из Виргинского политехнического университета и его коллеги считают, что молекула грибкового белка может стать лучшей альтернативой.

«Если мы научимся дешево производить достаточное количество этого грибкового белка, то сможем использовать его в облаках и сделать засеивание облаков гораздо безопаснее», — сказал профессор Винатцер.

Исследователи также обнаружили доказательства того, что грибковый ген, кодирующий белок, инициирующий образование льда, вероятно, был приобретен грибковым предком от бактериального вида в результате процесса, известного как горизонтальный перенос генов, по меньшей мере сотни тысяч, если не миллионы, лет назад.

«Известно, что грибы могут приобретать гены от бактерий, но это нечастое явление», — сказал профессор Винатцер. «Поэтому я никак не ожидал, что этот грибковый ген имеет бактериальное происхождение».

Исследователям известно, что грибы способны образовывать зародыши льда, еще с начала 1990-х годов.

Однако лишь недавно достижения в области секвенирования ДНК и компьютерных наук позволили им секвенировать геномы определенного класса грибов, семейства Mortierellacae, и обнаружить ген, кодирующий белок, инициирующий образование льда.

Хотя им до сих пор неизвестно, какую пользу получают грибы от приобретенного гена, им известно, что за прошедшие годы грибы внесли в него модификации, чтобы сделать его еще лучше.

А это, в свою очередь, приводит к улучшению приложений, приносящих пользу людям.

Белки, способствующие образованию льда и вырабатываемые грибами, отличаются от белков бактериального происхождения тем, что они бесклеточные и водорастворимые.

Эти различия делают молекулы грибов более привлекательными для биоинспирированных технологий заморозки и искусственного изменения погодных условий.

Например, при приготовлении замороженных продуктов молекула, полученная из гриба, будет безопаснее, чем молекула, полученная из бактерии, поскольку гриб выделяет только молекулу, инициирующую образование льда, тогда как для бактериального образования льда потребовалась бы целая бактериальная клетка.

«Это большое преимущество в производстве продуктов питания, потому что у вас есть только один, четко определенный белок, и вы можете избавиться от всего остального», — сказал профессор Винатцер. «Существует возможность разработать безопасную и эффективную добавку, которая поможет в приготовлении замороженных продуктов».

Ещё одним потенциальным применением образования зародышей льда грибами является криоконсервация клеток, таких как ткани, сперматозоиды, яйцеклетки и эмбрионы.

«Добавление грибкового нуклеатора льда, представляющего собой относительно небольшую молекулу, приводит к тому, что вода вокруг клетки замерзает гораздо раньше, до того, как станет очень холодно, что защищает хрупкую клетку внутри», — сказал профессор Винатцер. «С бактериями так сделать нельзя, потому что пришлось бы добавлять целые бактериальные клетки».

Образование льда также важно для климатических моделей. Климатические модели предсказывают, сколько излучения отражается облаками в космос и сколько достигает Земли. Лед в облаках позволяет большему количеству излучения проходить до Земли.

«Теперь, когда мы знаем эту грибковую молекулу, станет проще выяснить, сколько таких молекул содержится в облаках», - отметили авторы. «В долгосрочной перспективе это исследование может способствовать разработке более совершенных климатических моделей».