תצפית מקרית של חוקרים מאוניברסיטת קווין בקנדה עשויה להביא לסיומה של מחלוקת שנמשכה כבר מספר עשורים בנוגע למנגנון המדויק שבאמצעותו חלבונים נוגדי-קיפאון נקשרים לפני-השטח של גבישי קרח
תצפית מקרית של חוקרים מאוניברסיטת קווין בקנדה עשויה להביא לסיומה של מחלוקת שנמשכה כבר מספר עשורים בנוגע למנגנון המדויק שבאמצעותו חלבונים נוגדי-קיפאון נקשרים לפני-השטח של גבישי קרח.
“קיבלנו תמונה יפה של מולקולות מים המחוברות לאתר קישור הקרח של החלבון,” אומר Peter Davies, פרופסור במחלקה לביוכימיה באוניברסיטת קווין בקנדה ומומחה עולמי במחקר של חלבונים נוגדי-קיפאון. “למעשה, השגנו פריצת-דרך ממוזלת.”
חלבונים נוגדי-קיפאון (המונח בויקיפדיה) הם משפחה של חלבונים הנקשרים לפני-השטח של גבישי קרח תוך מניעת גדילתו וגיבושו של הקרח. דגים, חרקים, חיידקים וצמחים המתקיימים בסביבות שמתחת-לאפס (מעלות צלזיוס) מתבססים כולם על חלבונים אלו לשם הישרדותם. החלבונים הללו חשובים גם בתחומים רבים בתעשייה, לרבות תעשיית הגלידות והיוגורטים הקפואים המנצלות את החלבונים הללו על-מנת לשלוט בהתפתחותם של גבישי הקרח.
ההשלכות של ממצאים אלו הן הרבה מעבר להכנת גלידות דלות-שומן ועתירות-לחות השומרות על מרקם עשיר וקרמי. הבנת המנגנון המדויק שבאמצעותו חלבונים אלו נקשרים לפני-השטח של גבישי קרח עשויה לאפשר לחוקרים ולאנשי התעשיות לפתח חלבונים חדשים, יעילים ומגוונים לטובת מספר יישומים החל מהגברת העמידות של יבולים לקיפאון וכלה בשיפור יכולת השימור של איברים ורקמות להשתלה.
בעודם קובעים את המבנה הגבישי של חלבון נוגד-קיפאון מחיידק אנטרקטי, התמזל מזלם של החוקרים לצפות באתר קישור-קרח חשוף של החלבון – ממצא יקר המציאות בתחום של קריסטלוגרפיית חלבונים אלו.
שטח הקישור לקרח בחלבונים נוגדי-קיפאון מכיל הן קבוצות הידרופוביות (דוחות מים) והן קבוצות הידרופיליות (מושכות מים). עד עכשיו, התפקיד המדויק של כוחות מנוגדים אלו בנוגע לקישור קרח היה בלתי-ידוע.
החוקרים סבורים כי למרות שנוכחותם של אזורים דוחי-מים נראים נוגדים את ההיגיון עבור חלבון הנקשר לקרח, הם משערים כי תפקידם של אזורים אלו הוא לאלץ את מולקולות המים המצויות בסמוך לפני-השטח של החלבון להתאסף בצורת כלוב דמוי-קרח המדמה את מבנה מולקולות המים המצויות ע”ג פני-שטח גביש הקרח. האזורים ההידרופיליים שע”ג פני-שטח החלבון מעגנים את מבנה הכלוב הזה לחלבון באמצעות קשרי מימן. התוצאה הסופית של מנגנון זה היא שכל עוד מולקולות המים מעוגנות לחלבון זה, הוא אינו מסוגל להיקשר לקרח.
