米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）生物过程研究部[研究主任田村智博]和AIST/东京大学先进操作数测量技术开放创新实验室[实验室主任雨宫佳幸]津田荣，部门高级首席研究员近藤秀正，首席研究员，西宫首席研究员Yoshishi等人与小组组长小泉雄二合作， Nichirei Corporation [总裁兼代表董事大谷邦夫]（以下简称“Nichirei”）技术战略规划部，旨在创造一种新型冰晶生长方式，其中分子根据浓度相互连接并阻止冰晶生长。抗冻蛋白BpAFP 在鱼类中被发现。预计通过使用 BpAFP，将有可能开发出一种不会在食物或细胞内形成冰块的新冷冻保存技术。
正常的冰是由无数的冰核融合在一起组成的，随着时间的推移它们会长大并结块，这是导致冷冻食品质量和冷冻细胞活力下降的原因。抗冻蛋白（AFP）有两种类型：一种与冰核的一部分结合，另一种与冰核的整个表面结合。 BpAFP已被发现是一种新型的高功能AFP，其与冰核的结合范围随着浓度的增加而扩大。
这项研究的详细内容于2017年2月13日在线发表在英国科学杂志Scientific Reports上。
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| BpAFP 通过充满极小的冰核来冻结水 |
冰是无数冰核的致密集合，每个冰核吸收周围的水分子，反复生长、融合，使冰变得更大。众所周知，这也会导致罐装饮料在冷冻时破裂。人们认为，如果能够阻止冰核的生长和融合，就可以创造出冷冻蔬菜、水果、加工食品、面包、面条、软饮料、医疗产品、试剂、化妆品、色素、细胞、组织、器官等的新技术，而不会牺牲质量或活力。玻璃化保存液和液氮冷冻保存方法有这样的效果，前者毒性较高，后者存在设备和能源成本问题，通用性较差。即使在略低于0°C的温度下，AFP也能抑制冰核的生长和融合。特别是，可以与冰核整个表面结合的高功能AFP显示出很高的抑制效果。然而，已知的高功能AFP在昆虫和其他生物体中的含量极少，因此人们强烈希望开发出可以投入实际使用的高功能AFP。
AIST 一直在进行研究，以实现 AFP 在工业和医疗领域的先进应用。由鱼制成AFP 质量纯化技术是啊高孔隙率陶瓷AFP凝胶冷冻技术等等真菌 AFP 分子结构的阐明是啊AFP细胞存活率提高效果（相关信息请参阅术语表）。如果AFP样品中含有盐或缓冲液成分，它们本身就会对冰、食物、细胞等产生负面影响，因此他们也在重点研究以获得不含此类杂质的高纯度AFP。
这项研究和开发得到了日本学术振兴会科学研究补助金（15K13760）的支持。
通常，在水中溶解蛋白质时需要添加盐或缓冲液，但BpAFP在纯水中的溶解浓度高达60%（质量百分比浓度）。因此，将球形冰单晶（φ=2cm）放入涂有荧光物质的BpAFP水溶液中，观察荧光。在低浓度溶液中，只有特定区域发出荧光，如图 1A 所示。这些点是被称为锥体面的冰晶面，BpAFP是仅在低浓度下与该面结合的通用AFP。然而，随着BpAFP浓度的增加，所有冰晶表面都发出荧光（图1B-D）。这表明BpAFP根据浓度促进与所有冰晶表面的结合，并且在高浓度下它充当覆盖冰晶的特殊AFP。这样，还没有AFP的结合模式根据浓度而变化的报道。接下来，当我们在显微镜下冷冻BpAFP水溶液并检查冰核时，我们发现随着BpAFP浓度的增加，它们从尖的双锥体形状变为圆形柠檬形状，并且尺寸逐渐变小（图1a-d）。它也是与冰晶结合强度的指标热滞的最大值为32℃。该值高于已知的AFP，表明BpAFP具有优异的抑制冰核生长和融合的能力。
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图 1 BpAFP 显示了根据浓度促进与球形冰芯表面结合的特性（顶部）。
含有BpAFP的冰中的冰核也根据浓度而变化，变成小柠檬状（下）。 |
分子结构分析表明，BpAFP是一个相对较小的分子，由含有许多连续丙氨酸的氨基酸序列组成。另外，圆二色性测量，BpAFP被发现与苏氨酸（T）在分子表面等间隔排列形成α-螺旋结构（图2A）。沉降法结果表明，BpAFP 在水溶液中形成四聚体和八聚体（图 2B）。即使加热至 100°C，BpAFP 仍保持其 α 螺旋结构，并且在 pH 3-8 时不会失活。综合解释这些结果，BpAFP具有高水溶性，表现出简单且高度稳定的分子结构，并且被认为通过连接在一起并覆盖冰核的整个表面来强烈抑制冰核的晶体生长和融合。
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| 图2 (A) 圆二色性测量结果。 BpAFP形成α螺旋结构，在分子表面等间隔排列苏氨酸(T)。 (B) 使用沉降法的实验结果。 BpAFP 发生多聚化，并根据其浓度改变其与冰核的结合模式。 (C) 本研究中开发的高度纯化的 BpAFP。 |
我们将把BpAFP应用于迄今为止难以冷冻保存的食品和细胞，并阐明其对其质量和活力的影响。特别是，我们将研究使用 BpAFP 作为玻璃化保存溶液成分的可能性。我们还将阐明BpAFP对其他与冰核大小和形状有关的冷能利用技术的影响，例如凝胶冷冻技术和冷冻干燥技术。在本研究中，我们还成功开发了一种获得高度纯化的BpAFP的技术（图2C）。由于这种高度纯化的BpAFP样品不含影响水冷冻或细胞生死的盐或缓冲成分，因此被认为可用于高度稀有试剂和移植细胞等应用。
国立产业技术综合研究所
生物过程研究部生物分子工程研究组
高级首席研究员 Sakae Tsuda 电子邮件：stsuda*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）