Ученые объяснили, почему пауки рода Clubiona не замерзают зимой
Краткое резюме
Учёные выяснили, что пауки рода Clubiona выживают зимой благодаря особому антифризному белку с уникальной β-соленоидной структурой. Этот белок позволяет им не замерзать при минусовых температурах.
Международная группа учёных раскрыла молекулярный механизм, который позволяет паукам рода Clubiona выживать зимой и охотиться при минусовых температурах.
Исследователи собрали 43 паука в грушевых садах недалеко от чешского города Брно в период с декабря 2022 года по февраль 2023 года. Под руководством Лори Грэм из Университета Куинс (Канада) они установили, что экстракт из тела одного паука снижает температуру замерзания воды более чем на четыре градуса Цельсия. Этот эффект сохраняется даже при двадцатикратном разбавлении, а ледяные кристаллы перестают расти.
Учёные выяснили, что пауки рода Clubiona вырабатывают особый антифризный белок (АФП) с уникальной β-соленоидной структурой. Эти белки формируются независимо в результате конвергентной эволюции и частично или полностью защищают пауков от замерзания.
Белки были очищены с помощью пяти циклов ледовой аффинной очистки. Масс-спектрометрический анализ показал, что АФП существует в нескольких изоформах (Isoform 1 — PQ846958, Isoform 2 — PQ846959) и содержит гликозилированные участки, которые, вероятно, укрепляют белок при низких температурах.
Применив метод транскриптомики для анализа активных генов, Грэм и её коллеги обнаружили, что в собранной выборке присутствовали по крайней мере три вида пауков Clubiona: С. pallidula, C. lutescens, C. brevipes. Все белки-антифризы были уникальными для этого рода пауков и не встречались у других членистоногих и насекомых.
Трёхмерная форма АФП была определена путём моделирования структуры с помощью системы AlphaFold2. Оказалось, что β-соленоидная складка с плоской поверхностью выстлана рядами остатков треонина, которые позволяют белкам связываться и взаимодействовать с кристаллами льда. Эффективность белков Clubiona оказалась чрезвычайно высокой: при повторных циклах очистки они почти полностью связывались с замерзшей фракцией, чего не наблюдалось у белков полярных рыб.
Большинство пауков не приспособлены к холодному климату, однако некоторые виды, такие как Bolyphantes index из Норвегии, пауки-скакуны Philodromus spp, а также некоторые виды из Аляски и Чилийских Анд, прекрасно себя чувствуют при низких температурах благодаря активности антифризных белков.