Новый биологический антифриз, выделен из организма жука U. ceramboides (арктический жук), способного переносить температуры до –60°C. Вещество представляет собой гетерополисахарид, состоящий из маннопиранозных и ксилопиранозных звеньев, связанных с липидным фрагментом через ксиломаннановый остаток.

Строение структурного звена гетерополисахарида-антифриза, выделенного из организма жука U. Ceramboides. (Рисунок из Proc. Natl. Acad. Sci., 2009, DOI: 10.1073/pnas.0909872106)

Высокомолекулярные соединения, способные вызывать тепловой гистерезис (различие температур плавления и замерзания раствора), обнаружены во многих организмах, способных выживать при исключительно низких температурах от бактерий до рыб. Все описанные до настоящего времени биологические макромолекулы, вызывающие тепловой гистерезис, известные как белки-антифризы [antifreeze proteins (AFP)], представлены сложными белками-гликопротеидами.

В рамках выполнения диссертационной работы Кент Уолтерс (Kent Walters) из Университета Нотр Дам (Индиана) пытался выделить и очистить белок AFP, выделенный из холодоустойчивого арктического ночного жука Upis ceramboidesas. По словам его научного руководителя Джека Думана (Jack Duman), Уолтерс безуспешно пытался выделить гликопротеид в течение двух лет – образец антифриза, выделяемый им, вызывал тепловой гистерезис, но не содержал полипептидной цепочки.

Работая в сотрудничестве с коллегами из Института Арктической Биологии и Университета Аляски в Фэрбенксе, Уолтерс и Думан определили, что новый фактор теплового гистерезиса [thermal hysteresis factor (THF)] представляет собой гликолипид, терминальный ксиломаннановый фрагмент которого связан с жирной кислотой, входящей в состав клеточных мембран.

Думан полагает, что выделенный ими антифриз способствует проявлению теплового гистерезиса в соответствии с механизмом, характерном для белков – антифриз связывается водородными связями с кристалликами льда и мешает их росту. Однако исследователи не знают, каким образом антифриз действует в организме Upis ceramboidesas. Исследователи отмечают, что морозоустойчивые организмы устойчивы только к воздействию внеклеточного льда, внутриклеточное (цитоплазмическое) замерзание обычно приводит к смерти организма. Думан предполагает, что связывание ксиломаннанового антифриза с мембраной клетки и, возможно локализация нового антифриза около мембраны клетки препятствует контакту цитоплазмы клетки с внеклеточным льдом.

Джеффри Бэйл (Jeffrey Bale), специалист по насекомым, выживающим при низких температурах, из Университета Бирмингема отмечает, что результаты, полученные в работе Уолтерса и Думана, выводят представление о биологических антифризах на новый уровень – исследователи из Индианы идентифицировали принципиально новый класс непептидных соединений, способных к проявлению такого же эффекта теплового гистерезиса, какой проявляют белки-антифризы.

Бейл советует своим американским коллегам более подробно изучить сосуществование и возможное взаимодействие белков-антифризов и ксиломаннанподобных соединений в организме насекомых, а также попытаться использовать свойства факторов теплового гистерезиса, изменяя организмы с помощью генной инженерии.

Источник