Kraften att rikta in vattenmolekyler hålls vanligtvis av is, som påverkar närliggande vatten och uppmuntrar det att ansluta sig till islagret - att frysa också. Men när det gäller organismer som lever i frysande livsmiljöer, ett särskilt kraftfullt frostskyddsprotein kan övermanna greppet isen har på vatten och övertyga vattenmolekyler att bete sig på ett sätt som gynnar proteinet istället.

I den senaste studien denna vecka i The Journal of Chemical Physics , forskare tittar närmare på den molekylära strukturen hos frostskyddsproteinet för att förstå hur det fungerar. Huvudförfattaren Konrad Meister vid Max Planck Institute for Polymer Research i Tyskland och hans kollegor har rest till de kallaste platserna på jorden, inklusive Arktis och Antarktis, att samla in frostskyddsproteiner från olika källor. Proteinet som de undersöker i den här studien är det mest aktiva frostskyddsproteinet som har registrerats, och den kommer från en skalbagge i norra Europa som heter Rhagium mordax.

"Frysskyddsproteinerna har en sida som är unikt strukturerad, proteinets så kallade isbindningsställe, som är väldigt platt, lätt hydrofob och har inga laddade rester, "Men hur den här sidan används för att interagera med is är uppenbarligen väldigt svårt att förstå om du inte kan mäta ett is-proteingränssnitt direkt."

Nu, för första gången, dessa unika biomolekyler har adsorberats till is i laboratoriet för att få en närmare titt på mekanismerna som styr interaktionen när frostskyddsproteiner är i kontakt med is.

Forskarna fann att proteinets korrugerade struktur, som håller vattenkanaler på plats, betyder att när dessa proteiner rör is, istället för att frysa, vattenmolekylerna ändras för att ha en annan vätebindningsstruktur och orientering.

"Information i molekylär skala är nyckeln till att förstå funktionen eller arbetsmekanismen hos frysskyddsproteiner, och om vi vet det, då kan vi börja göra något coolt som vi som samhälle kan dra nytta av, sa Meister.

Detta frostskyddsmedel som är karakteristiskt för proteinet skulle kunna användas som en modell för att designa syntetiska versioner som hjälper till med avisning av flygplan, bevara organ och förhindra att kristaller bildas på glass i frysen.

"Det här är första gången vi lägger biomolekyler på is, "Att sammanföra experter från olika områden var verkligen det stora steget framåt i det här fallet eftersom hela problemet är väldigt tvärvetenskapligt."