Чтобы выживать и охотиться при отрицательных температурах, пауки рода Clubiona выработали уникальные белки-антифризы. Исследование членистоногих, собранных в грушевых садах возле города Брно (Чехия), позволило ученым раскрыть молекулярный механизм, который помогает этим паукам оставаться активными зимой, не впадая в спячку.

Приспособления к холоду у пауков

Большинство пауков не способны жить в условиях холодного климата. Однако некоторые виды, такие как Bolyphantes index из Норвегии, а также пауки-скакуны Philodromus spp. и представители фауны Аляски и Чилийских Анд, могут охотиться даже зимой. Их устойчивость к низким температурам объясняется наличием антифризных белков, которые частично или полностью защищают организм от замерзания.

Уникальные белки рода Clubiona

Недавно внимание ученых привлек широко распространённый род пауков-мешконосцев Clubiona. Эти пауки вырабатывают антифризный белок (AFP) с уникальной β-соленоидной структурой, ранее обнаруженной только у полярных рыб. Белок связывается с кристаллами льда, препятствуя их росту и предотвращая замерзание жидкостей в организме. Несмотря на сходство с белками, которые синтезируют мотыльки и жуки, антифризы Clubiona возникли независимо в результате конвергентной эволюции — когда разные организмы находят схожие решения для одной и той же задачи.

Экспериментальные данные

В период с декабря 2022 по февраль 2023 года международная группа исследователей собрала 43 паука. Экстракт из тела одной особи снижал температуру замерзания воды более чем на четыре градуса Цельсия. Даже при двадцатикратном разведении этот эффект сохранялся, а рост ледяных кристаллов прекращался. Результаты исследования опубликованы в журнале FEBS Journal.

Химический анализ и структура белка

Белки были очищены с помощью пяти циклов ледовой аффинной очистки — метода, при котором белки замерзают вместе с раствором. Масс-спектрометрия показала, что AFP существует в нескольких изоформах (зарегистрированы в базе GenBank: Isoform 1 — PQ846958, Isoform 2 — PQ846959) и содержит гликозилированные участки, которые, вероятно, повышают устойчивость белка при низких температурах.

Генетические особенности

Анализ активных генов методом транскриптомики выявил в выборке как минимум три вида пауков Clubiona: C. pallidula, C. lutescens и C. brevipes. Последовательности антифризных белков оказались уникальными для этого рода и не встречались у других членистоногих и насекомых.

Молекулярная модель и эффективность

Трёхмерную структуру AFP смоделировали с помощью системы AlphaFold2. β-соленоидная складка с плоской поверхностью, выстланной остатками треонина, позволяет белку эффективно связываться с кристаллами льда. Белки Clubiona оказались чрезвычайно эффективными: при повторных циклах очистки они почти полностью связывались с замёрзшей фракцией, чего не наблюдалось у белков полярных рыб, например, у атлантической трески.

Перспективы применения

Понимание природы антифризных белков Clubiona объясняет зимнюю активность этих пауков и открывает перспективы для создания новых биотехнологий. Аналоги таких белков могут использоваться для защиты сельскохозяйственных культур от промерзания, увеличения срока хранения пищевых продуктов, а также в медицине — например, при криоконсервации клеток и тканей.