Новые бактериальные белки проливают свет на климат и астробиологию

Гигатонны парникового газа удерживаются под морским дном в виде метановых клатратов — ледяных структур, которые предотвращают выброс метана в атмосферу. Эти образования важны для климата, но могут вызывать аварии при бурении, как, предположительно, в случае разлива на платформе Deepwater Horizon в 2010 году.

До сих пор биологические механизмы стабилизации метановых клатратов под морским дном были почти неизвестны. Междисциплинарная команда исследователей из Технологического института Джорджии обнаружила новый класс бактериальных белков, играющих ключевую роль в формировании и стабильности этих структур.

Исследование под руководством Дженнифер Гласс и Ракель Либерман показало, что эти белки подавляют рост метановых клатратов так же эффективно, как коммерческие химические ингибиторы, используемые при бурении, но при этом нетоксичны, экологичны и масштабируемы. Работа опубликована в журнале PNAS Nexus.

Исследование морских отложений

Учёные начали с изучения образца глинистых отложений, взятых со дна моря у побережья Орегона. Используя секвенирование ДНК и биоинформатику, они идентифицировали гены потенциальных белков. Затем исследователи синтезировали кандидатные белки в лаборатории и с помощью рентгеновской кристаллографии определили их структуру.

Моделирование условий морского дна

Для тестирования белков в лаборатории была воссоздана высокая давление и низкая температура морского дна с помощью специально сконструированной камеры высокого давления. В присутствии новых белков образование клатратов замедлялось (поглощалось меньше газа), а их температура плавления повышалась.

Молекулярное моделирование позволило определить конкретный участок белка, связывающийся с клатратом.

Неожиданный механизм действия

Оказалось, что белки связываются не со льдом, а непосредственно со структурой клатрата, направляя его рост. Часть белка, похожая на антифризные белки рыб, не участвовала в связывании, а играла роль в стабилизации самой белковой молекулы.

Новые белки превзошли по эффективности все ранее тестированные антифризные белки и показали результат, сопоставимый или лучший, чем у токсичных промышленных ингибиторов.

Значение для науки и технологий

• Экология и безопасность: Биоразлагаемые белки могут заменить опасные химические ингибиторы для предотвращения образования клатратов в газопроводах, снизив экологические риски.
• Астробиология: Метаногидраты, вероятно, существуют в subsurface Марса и на ледяных лунах (например, Европе). Если там есть микробы, они могут производить похожие биомолекулы для удержания жидкой воды в каналах клатратов, что потенциально может поддерживать жизнь.

Исследование подчёркивает важность фундаментальной науки и междисциплинарного сотрудничества для понимания природных систем Земли и поиска жизни в Солнечной системе.