لقد تعلمت الفطريات من البكتيريا كيفية تحويل الماء إلى ثلج عند درجات حرارة قريبة من الصفر

يتطلب تكوين الجليد التغلب على حاجز الطاقة العالي. يتجمد الماء في صورته النقية عند -46 درجة مئوية فقط. وفي الطبيعة، يتم تسريع هذه العملية بواسطة المحفزات البيولوجية. البروتينات الغشائية الخاصة للبكتيريا قادرة على تكوين بلورات حتى عند -2 درجة مئوية. يستخدم البشر آلية كيميائية حيوية مماثلة لتوليد الثلج الاصطناعي أو التحكم في الطقس. يؤدي زرع السحب إلى تبلور الماء في الغلاف الجوي، ويصبح أثقل، ويتساقط على شكل أمطار. عادة ما يتم استخدام يوديد الفضة السام للسحب. الجزيئات البكتيرية ليست مناسبة لهذا، لأنها تعمل فقط على سطح الخلية الحية. لاحظ العلماء قدرة فطريات التربة على إفراز البروتينات المكونة للجليد في التسعينيات. ومع ذلك، الآن فقط تمكن علماء الأحياء من فك الشفرة الجينية لهذه الآلية بشكل كامل في ممثلي عائلة Mortierellaceae. ونشرت النتائج في مجلة Science Advances.

أولاً، تمكن علماء الأحياء من فك رموز جينومات فطر التربة Mortierella alpina والأشنة المعزولة Peltigera Britannica بشكل كامل. وضمن هذه القاعدة الجينية، بحثنا عن المناطق المسؤولة عن تجميع البروتينات التي تشكل الجليد. ركز البحث على تسلسلات التعليمات البرمجية التي تولد أشكالًا متكررة من الأحماض الأمينية ثريونين وسيرين ولوسين. كشف تحليل أجزاء الحمض النووي الفطرية التي تم العثور عليها عن نسخها من جين InaZ البكتيري. تجاوزت نسبة الجوانين والسيتوزين في الجين المكتشف بشكل كبير التركيبة النموذجية لبقية الكروموسوم الفطري. وأكدت مقارنة القواعد النيتروجينية الاقتراض المباشر للوصفة الجينية من الميكروبات. وتبين أن الجين الفطري الجديد يقوم بتشفير سلاسل بروتينية يتراوح طولها بين 606 إلى 990 حمضًا أمينيًا. تتراوح كتلة الجزيئات من 64 إلى 100 كيلودالتون. وتبين أن المحفزات الفطرية المكتشفة أصغر بشكل ملحوظ من المتغيرات البكتيرية الكلاسيكية التي تزن 120 كيلودالتون. قام الفريق بنقل أجزاء من الكود إلى بكتيريا الإشريكية القولونية وخميرة الخباز لاختبار الأداء الوظيفي. تم وضع الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثيا في سائل وبدأت درجة الحرارة في الانخفاض تدريجيا. تم تجميد نصف قطرات الخميرة الجديدة عند -7 درجة مئوية. تبلورت الإشريكية القولونية المعدلة الرطوبة عند حوالي -15 درجة مئوية. ظل السائل النقي مستقرًا حتى -23 درجة مئوية. نموذج البروتين المكون للبلورة من AlphaFold3 ومقاطعه العرضية / © Rosemary J. Eufemio et al./Science Advances (2026) أظهرت الشبكة العصبية AlphaFold3 الشكل ثلاثي الأبعاد للبروتين الجديد. يتم تجعيد الخيط الجزيئي في شكل حلزوني يزيد عرضه قليلاً عن ثلاثة نانومتر. يتكون الجزء المركزي من 42 دورة متطابقة. تعمل ذرات الكبريت الست الموجودة في نهايات الجزيء كأقفال كيميائية قوية. سمحت هذه الصلابة للجزيء بالعمل مباشرة في الماء دون دعم غشائي على الخلية الحية. وفي المحلول، التصقت هذه الحلزونات معًا جنبًا إلى جنب وبنت مساحة مسطحة واسعة لبلورة الجليد. أدى غسل الميسليوم بالماء إلى الحصول على مستخلص واضح بدون شظايا الجدار أو الحويصلات الغشائية. أثار المحلول المعزول تجمد القطرات عند درجات حرارة تتراوح من -5 إلى -7 درجة مئوية. نجت البروتينات من التسخين ودورات الذوبان المتكررة دون فقدان النشاط التحفيزي.

أعطت خصائص المركبات المفتوحة للعلم أداة قابلة للذوبان في الماء لتكثيف الرطوبة. يمكن لمثل هذا الجهاز الكيميائي الحيوي أن يشكل الأساس لإنشاء كواشف كيميائية آمنة للتحكم في المناخ، أو تجميد المنتجات الغذائية عن طريق الناقل، أو الحفظ بالتبريد.