Opis projektu
Badania mogą rzucić więcej światła na tworzenie się lodu indukowane obecnością bakterii
Bakterie będące ośrodkami krystalizacji wody mogą skuteczniej niż jakikolwiek znany nam materiał ułatwiać formowanie się kryształów lodu. Używając w tym celu wyspecjalizowanych białek będących ośrodkami krystalizacji wody (INP), bakterie te są przyczyną uszkodzeń powstających w roślinach w czasie mrozów, a roznoszone w powietrzu wpływają na opady, gdyż powodują zamrażanie przechłodzonej wody w chmurach. Finansowany ze środków UE projekt F-BioIce ma na celu zbadanie innych mechanizmów molekularnych wykorzystywanych przez białka INP, do tej pory wymykających się opisowi. W ramach projektu opracowane zostaną nowe strategie, które mogą doprowadzić do zmiany paradygmatu obowiązującym w całej dziedzinie zajmującej się zagadnieniem krystalizacji wody. Mogą się one również pomóc w poszukiwaniu podobnych procesów zachodzących z udziałem grzybów i pyłków zachowujących aktywność w lodzie, a także w zakresie abiotycznych materiałów będących ośrodkami krystalizacji wody – skaleni, krzemionki i sadzy. Odkrycia poczynione podczas prac nad projektem będą stanowić krytyczny wkład w modele klimatyczne i nowe technologie zamrażania opracowywane z myślą o konserwacji żywności, kriomedycynie i zasiewaniu chmur.
Cel
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.
Dziedzina nauki
- natural sciencesbiological sciencesmicrobiologybacteriology
- natural sciencesbiological sciencesbiochemistrybiomoleculesproteins
- natural sciencesbiological sciencesmicrobiologymycology
- natural sciencesearth and related environmental sciencesatmospheric sciencesclimatology
- natural sciencesmathematicsapplied mathematicsmathematical model
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-COG - Consolidator GrantInstytucja przyjmująca
8000 Aarhus C
Dania