冰核蛋白如何控制冻结：研究人员揭示了冰形成细菌背后的机制

某些细菌产生的特定冰核蛋白具有控制水的冰点的能力——其效率之高以至于任何其他已知物质都无法与之竞争。

马克斯普朗克聚合物研究所的 Konrad Meister 领导的跨学科团队现已发现这些蛋白质如何运作以及如何精确调节它们的活性。他们的研究结果表明，只需少量组装的蛋白质就足以实现最大活性 - 并且这些蛋白质优先在特定诱导条件下组装。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

水结冰不仅需要低于 0°C 的温度，还需要初始冰核来引发结晶。如果没有这个关键的冰核，水可以通过一种称为过冷的现象保持液态，甚至在零下 40°C 的严寒下也是如此。

大自然进化出了有趣的机制，通过促进冰核的形成来避免过冷，尤其是在某些类型的细菌中。这些微生物利用位于其外膜上的特殊冰核蛋白 (INP)将水分子模拟成冰状结构。

但为了充当冰晶的有效模板，多个 INP 需要组装成聚集体。实验观察表明，只有两种大小的聚集体，其中较大的一种高度有序的结构允许水在接近 0°C 的温度下结冰。

然而，尚不清楚这些聚集体需要多少蛋白质以及它们是如何组装的。由马克斯普朗克聚合物研究所组长、美国博伊西州立大学教授 Konrad Meister 领导的研究人员现在通过跨学科方法解决了这些问题。他们仔细检查了丁香假单胞菌细菌在冷却至 -30°C 时的活动，发现聚集体的类型不止最初怀疑的两类。