Bactéries, les plantes, les insectes et les poissons utilisent des protéines antigel pour se protéger du froid. Les protéines bloquent la croissance des cristaux de glace. Dans une nouvelle étude, une équipe de recherche germano-israélienne a confirmé que ces protéines possèdent également une seconde propriété inhabituelle :à basse température, ils peuvent favoriser plutôt qu'inhiber la croissance des cristaux de glace.

L'étude a réuni des chercheurs de l'Université de Bielefeld, l'Université hébraïque de Jérusalem et l'Institut des sciences Weizmann à Rehovot (Israël). Il est publié dans le Journal des lettres de chimie physique .

« Nous étudions à quel point les protéines naturelles influencent le plus petit des cristaux de glace - les embryons cristallins, ", explique le professeur Thomas Koop. Le chimiste dirige le groupe de recherche en chimie atmosphérique et physique de l'Université de Bielefeld.

"Normalement, ces protéines garantissent que les embryons cristallins sont neutralisés et ne se transforment pas en gros cristaux de glace, " dit-il. Cette dynamique est essentielle pour la survie des larves du ténébrion, par exemple. Ils utilisent une protéine pour protéger leur peau et leurs fluides corporels des dommages causés par les cristaux de glace. Lorsque la température extérieure baisse, les larves sécrètent une protéine antigel dans leurs fluides corporels. Les molécules de protéines recouvrent la surface des embryons cristallins, les empêchant ainsi de grossir suffisamment pour endommager les cellules.

"Par contre, il existe de nombreux autres organismes qui peuvent bénéficier de la transformation de l'eau en glace, " dit Koop. C'est le cas de certaines bactéries qui déclenchent la formation de glace, par exemple. Ils sécrètent des protéines sur lesquelles des embryons cristallins peuvent se former, ou nuclée à partir de l'eau liquide froide, puis se transforment en gros cristaux de glace. Certaines bactéries peuvent l'utiliser pour ouvrir la peau d'une tomate.

Jusqu'à maintenant, la science a considéré les protéines favorisant la glace et inhibant la glace comme deux types différents de protéines. Cela est également indiqué par leurs différentes tailles :les protéines inhibant la glace sont constituées de petites molécules; protéines favorisant la glace, de grand, longues molécules.

"Toutefois, les nouvelles expériences montrent qu'une molécule d'antigel ne peut pas simplement inhiber la croissance de la glace, il peut aussi déclencher sa croissance, " dit Koop.

Les scientifiques ont testé deux protéines antigel naturelles :une protéine de larves de ténébrion et une protéine de poisson arctique, la moue océane. Ils ont observé l'effet des protéines sur des puces microfluidiques minces développées à l'Institut Weizmann, qui sont imprégnés de canaux microscopiquement petits avec des pièges à gouttelettes. Ils ont pris de l'eau distillée pure et ont ajouté une concentration définie de la protéine spécifique. Ensuite, ils ont injecté cette solution de protéines dans la puce. Dans la puce, de minuscules gouttes d'eau ont été recueillies dans les pièges à gouttelettes. Ensuite, ils ont placé les puces dans une chambre de refroidissement à température contrôlée qui les a refroidies à moins 40 degrés.

"Les gouttes pures dans notre puce devraient d'abord geler à moins 38,4 degrés, " dit Koop. Cependant, le contraire s'est produit. « Quand les gouttes contenaient les protéines antigel prétendument inhibant la glace, les embryons de cristaux de glace ont déjà commencé à se former et à croître à des températures plus chaudes. dans le cas de la protéine des larves du ténébrion, la moitié de toutes les gouttes ont déjà commencé à geler à moins 33,9 degrés. "Cela nous a permis de montrer que si les protéines antigel ont des propriétés d'inhibition ou de promotion de la glace dépend de la température. Il y a eu des spéculations sur l'ambivalence de ces protéines depuis de nombreuses années, mais nous sommes les premiers à le confirmer expérimentalement, ", déclare le professeur Ido Braslavsky de l'Université hébraïque de Jérusalem. Le professeur Yinon Rudich de l'Institut Weizmann ajoute :"C'était seulement d'avoir la puce qui nous a permis d'étudier expérimentalement la formation de glace à travers les protéines antigel."

Certaines des expériences de l'étude ont été réalisées à l'Université de Bielefeld. Des expériences de congélation complémentaires et les puces utilisées pour étudier l'eau ainsi que les solutions de protéines provenaient de l'Institut des sciences Weizmann de Rehovot. Les protéines antigel des larves du ténébrion et du poisson arctique ont été produites à l'Université hébraïque de Jérusalem sur le campus de Rehovot. L'inhibition par la glace des mêmes solutions de protéines y a également été démontrée.

Les protéines inhibant et favorisant la glace ne sont pas seulement courantes dans la nature. De nos jours, ils sont également utilisés comme aides techniques. Par exemple, les protéines antigel dans le vernis peuvent aider à protéger les surfaces vernies du gel. Les protéines peuvent également être ajoutées à la crème glacée pour aider à la garder crémeuse. Les protéines de formation de glace sont utilisées dans, par exemple, stations de ski afin que la neige artificielle puisse déjà être produite à une température de moins 3 degrés sans avoir à attendre que les températures baissent davantage.