荷兰和美国的研究人员利用计算机模拟开发了一种类似于防冻剂的蛋白质。研究人员可以使用这种蛋白质来冷冻和解冻生物材料，例如免疫细胞、精子，甚至未来的捐赠器官，而不会对材料造成任何损坏。瓦赫宁根大学研究中心(WUR)、埃因霍温理工大学(TU/e)和华盛顿大学的化学家在《美国国家科学院院刊》杂志上报道了这一结果。

将草莓等夏季水果放入冰箱效果不太好。解冻时，汁液会部分流失，留下一种草莓糊状，味道不太好。这部分是由于在冷冻和解冻过程中草莓内部形成的冰晶从内部刺穿了细胞结构。用于免疫治疗的冷冻供体器官、精子和免疫细胞也会发生同样的情况。

由WUR的RenkodeVries和TU/e的IljaVoets领导的国际研究项目使用计算机开发了一种对抗冰晶形成的蛋白质。为此，他们从鱼的一个技巧中获得了灵感。“大自然已经找到了应对冰冻温度的方法，”罗布·德哈斯博士解释说。WUR物理化学和软物质专业的学生，​​也是该出版物的第一作者。例如，在北冰洋，温度低于冰点，鱼类在水中游动而不会结冰。“它们产生抗冻蛋白，防止体内结冰。”

尽管科学家们很早就知道抗冻蛋白，但它们非常复杂且难以重现。这就是德哈斯创建一个简单版本的原因，首先在计算机上，然后在实验室中。他从科学家已知的最简单的版本开始：美国鲽鱼中的一种抗冻蛋白。他通过去除任何突出物，进一步以数字方式简化了鱼的蛋白质。剩下的就是科学家所说的α螺旋。这是一种螺旋状蛋白质，就像钢笔中的弹簧一样。

扭曲变形

就像弹簧一样，α螺旋具有稳定的形状。但如果你扭转它，你可以稍微改变它的形状。“我突然想到，鱼体内的天然抗冻蛋白被重塑成这样，”德哈斯说。其他研究人员还没有想到这一点。博士学位。然后，学生在他的计算机上构建了抗冻蛋白，首先是完美的螺旋形状，然后逐渐扭曲。通过这样做，他最终开发出了四种数字变体，然后在实验室的细菌中重新创建了它们。

“我通过将细菌添加到浅水池中来测试四种抗冻蛋白的功能，然后将其冷却到几乎冰点，”德哈斯描述道。他在显微镜下研究了冰晶。虽然冰晶无法避免，但当存在扭曲的抗冻蛋白时，冰晶看起来会稍微小一些，破坏性也较小。“通过扭转蛋白质，锁住水晶体的氨基酸会精确排列，”德哈斯解释道。通过这种方式，抗冻蛋白就像在完美的模具中一样贴合在冰上，防止冰晶在其下方进一步形成。

尽管取得了成功，但人工抗冻蛋白仍未准备好应用于移植器官。“这仍然是遥远的未来，”德哈斯说。“我们首先想测试我们的防冻剂在冷冻和解冻简单细胞时是否可以防止损坏。”

除霜过程通常会引起问题。通过将细胞浸入液氮中可以简化快速冷冻细胞的过程。但解冻它们仍然是一个渐进的过程，其中锋利的冰晶有足够的时间形成和损坏生物材料。

“动物育种和基因组学主席小组的研究人员进行的首次测试表明，我们的抗冻蛋白对冷冻和解冻猪精子的存活具有积极影响。这为进一步的联合研究提供了前景，”DeVries说

WUR抗冻蛋白的另一个优点是它是同类产品中最简单的。“自然界中出现的抗冻蛋白非常难以研究，”德哈斯说。其种类繁多，而且由于其复杂的形式，科学家并不总是了解它们的工作原理。德哈斯用他的人造蛋白质将抗冻蛋白质带回了绝对的基础。

Voets表示：“我们现在第一次可以数字化设计抗冻蛋白，并仅在蛋白质水平上对其进行测量。得益于这两项发现，我们将来可以更好地研究抗冻蛋白到底如何发挥作用。”