Чтобы охотиться при температурах ниже нуля, пауки рода Clubiona выработали особые белки-антифризы. Изучив членистоногих, собранных в грушевых садах неподалеку от города Брно (Чехия), ученые раскрыли молекулярный механизм, позволяющий этим паукам не впадать в зимнюю спячку.
Большинство пауков не приспособлены к холодному климату, однако членистоногие вида Bolyphantes index, обитающие в Норвегии, прекрасно себя чувствуют при низких температурах. Зимней охотой также промышляют пауки-скакуны Philodromus spp и некоторые виды из Аляски и Чилийских Анд. Все дело в активности антифризных белков, частично или полностью защищающих их от замерзания.
Недавно внимание исследователей привлек практически повсеместно распространенный род пауков-мешконосцев Clubiona: вырабатываемый ими антифризный белок (АФП) с уникальной β-соленоидной структурой — молекулами, впервые обнаруженными у полярных рыб, — связывался с кристаллами льда, препятствуя замерзанию жидкостей. Хотя белки Clubiona были похожи на те, что вырабатывают мотыльки и жуки, они сформировались независимо в результате конвергентной эволюции, когда у разных организмов, не состоящих в близком родстве, развиваются схожие «решения» для выполнения одной и той же задачи.
Собрав 43 паука в период с декабря 2022 по февраль 2023 года, международная исследовательская группа под руководством Лори Грэм (Laurie A. Graham) из Университета Куинс (Канада), определила, что экстракт из тела одной особи понижал температуру замерзания воды более чем на четыре градуса Цельсия. Даже при двадцатикратном разбавлении этот эффект сохранялся, а ледяные кристаллы переставали расти. Результаты научной работы опубликованы в FEBS Journal.
Белки очистили с помощью пяти циклов ледовой аффинной очистки — метода, при котором извлеченные из раствора белки замерзают вместе с ним. Масс-спектрометрический анализ показал, что АФП существует в нескольких изоформах (они получили собственные регистрационные номера в базе GenBank: Isoform 1 — PQ846958 Isoform и 2 — PQ846959) и содержит гликозилированные участки — присоединенные углеводы, которые, вероятно, укрепляют белок при низких температурах.
Применив метод транскриптомики для анализа активных генов, Грэм и коллеги обнаружили, что в собранной выборке присутствовали по крайней мере три вида пауков Clubiona: С. pallidula, C. lutescens C. brevipes. Все белки-антифризы, судя по последовательностям, были уникальными для этого рода пауков и не встречались у других членистоногих и насекомых.
Трехмерную форму АФП определили, смодерировав структуру с помощью системы AlphaFold2: β-соленоидная складка с плоской поверхностью была выстлана рядами остатков треонина, позволяющих белкам связываться и взаимодействовать с кристаллами льда. Более того, белки Clubiona были чрезвычайно эффективными: при повторных циклах очистки они почти полностью связывались с замерзшей фракцией, чего не наблюдалось у белков полярных рыб (например, у атлантических тресковых).
Понимание природы АФП по мнению авторов статьи, объясняет феномен зимней активности пауков и может привести к разработке новых биотехнологий. Аналог белков-антифризов Clubiona также можно использовать для защиты культурных растений от промерзания, продления срока хранения пищевых продуктов, а также в медицине — например, при криоконсервации клеток и тканей.