Descripción del proyecto
Una investigación podría arrojar más luz sobre cómo las bacterias inducen la formación de hielo
Las bacterias nucleadoras de hielo pueden promover el crecimiento del hielo de forma más eficaz que cualquier otro material conocido. Mediante proteínas nucleadoras del hielo especializadas (INP, por sus siglas en inglés), generan daños ocasionados por heladas a las plantas y, al transmitirse por el aire, controlan la precipitación al congelar el agua superenfriada en las nubes. El proyecto F-Biolce, financiado con fondos europeos, tiene como objetivo ofrecer más información sobre los mecanismos moleculares de las INP que hasta ahora no se conocen. El proyecto diseñará nuevas estrategias que podrían conducir a un cambio de paradigma en todo el ámbito de la nucleación del hielo. También podría ayudar a la búsqueda de procesos similares en hongos y polen activadores de hielo, así como nucleadores de hielo abiótico: feldespato, sílice y hollín. Los descubrimientos del proyecto servirán como aportaciones esenciales para modelos climáticos y nuevas tecnologías de congelación para la conservación de alimentos, la criomedicina y la siembra de nubes.
Objetivo
Ice active bacteria can promote the growth of ice more effectively than any other material known. Using specialized ice nucleating proteins (INPs), they attack plants by frost damage and, when airborne in the atmosphere, they drive ice nucleation within clouds and control global precipitation patterns. The control INPs exert over water phase transitions has relevance for disciplines as diverse as climatology, plant pathology, biomedicine and material science. Despite the apparent importance, the molecular mechanisms behind INP freezing have remained largely elusive. This lack of our knowledge can be traced back to the challenges in studying protein and water structure and dynamics at the very interface between monolayers of proteins and water.
With F-BioIce my team and I want to reveal the molecular details of INP function. We ask the questions: What is the structural basis for protein control of freezing? What structural motifs do proteins use to interact with water, and what is the configuration of water molecules that INPs imprint into interfacial water layers? What is the role of structural dynamics and for surface freezing? We will develop new methods based on sum frequency generation (SFG) spectroscopy to determine mode of action by which INPs interact with and manipulate water. The INPs and water structure will be obtained by combining three rising methods in the field: SFG techniques that I have been spearheading, computer simulations and cryo-electron microscopy. We will study model water surfaces and, for the first time, realistic water aerosols interacting with INPs. These new strategies could lead to a paradigm shift in the entire field of ice nucleation and a search for similar processes in ice active fungi and pollen and abiotic ice nucleators – feldspar, silica and soot. The obtained information will provide critical input for climate models and revolutionary new freezing technologies for food preservation, cryomedicine and cloud seeding.
Ámbito científico
- natural sciencesbiological sciencesmicrobiologybacteriology
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculesproteins
- natural sciencesbiological sciencesmicrobiologymycology
- natural sciencesearth and related environmental sciencesatmospheric sciencesclimatology
- natural sciencesmathematicsapplied mathematicsmathematical model
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-COG - Consolidator GrantInstitución de acogida
8000 Aarhus C
Dinamarca