Некоторые виды грибов способны синтезировать белки, запускающие кристаллизацию воды. Это позволяет им проникать в атмосферу и участвовать в образовании осадков. Недавно в журнале Science Advances были опубликованы результаты исследования, раскрывающие молекулярные механизмы этого удивительного явления.
Бактерии, такие как Pseudomonas syringae, известны своей способностью замерзать воду при температуре около минус пяти градусов Цельсия. Этот процесс, называемый нуклеацией льда, обеспечивается специальными белками. Аналогичной способностью обладают и некоторые грибы, но до недавнего времени механизмы, лежащие в основе этого процесса, оставались неясными.
Целью исследования, проведенного под руководством Бориса Винатцера, было выяснить, как грибы инициируют образование льда. Ученые проанализировали геномы двух видов грибов семейства Mortierellaceae, чтобы найти белок, отвечающий за кристаллизацию воды. Этот белок выделяется в окружающую среду и имеет размер, схожий с известными бактериальными белками.
В результате был обнаружен ген, почти идентичный бактериальному гену InaZ. Введение этого гена в дрожжевые клетки вызвало синтез белков, способствующих кристаллизации воды. Таким образом, ученые подтвердили, что обнаруженный фрагмент ДНК отвечает за производство белков, запускающих образование льда.
Данные исследования указывают на возможность горизонтального переноса гена, кодирующего белки для кристаллизации воды, от бактерий к грибам. Однако механизмы использования этой способности грибами и её эволюционное значение остаются неясными.
Бактерии, такие как Pseudomonas syringae, часто поражают растения. Они используют свои белки для повреждения тканей, что приводит к утечке питательных веществ и проникновению бактерий внутрь.
Один из изученных грибов был найден в составе лишайника, симбиоза грибов и водорослей, растущего на камнях и деревьях. Винатцер предположил, что способность грибов к образованию льда помогает им извлекать воду из атмосферы, обеспечивая лишайник редким, но важным ресурсом.
Утром, когда высокая влажность и низкая температура, белки грибов способствуют образованию инея на поверхности лишайника. Днем иней тает, поставляя растению воду.
Исследование также показало, что бактерии и грибы могут влиять на погодные условия, вызывая осадки. Бактерии, такие как P. syringae, играют ключевую роль в круговороте воды, поднимаясь в облака и инициируя кристаллизацию воды. Вероятно, грибковые белки могут работать по аналогичному принципу.
Грибы способны играть более значимую роль в формировании осадков, чем бактерии. Один вид гриба может синтезировать множество белков, действующих как отдельные ядра кристаллизации льда. Это может означать, что в облаках таких белков больше, чем бактерий. Винатцер отметил, что грибы могут играть ключевую роль в экосистеме.
Винатцер также предположил, что грибковые белки могут найти применение в сельском хозяйстве. В настоящее время для искусственного создания ледяных кристаллов используются токсичные соединения, такие как йодид серебра. Однако грибковые белки могут стать безопасной альтернативой этим веществам.