Proteína de fungo do solo pode transformar a semeadura de nuvens, a criomedicina e a indústria de alimentos

Parece ficção científica, mas vem diretamente da terra: um fungo de solo bastante comum produz uma proteína capaz de fazer a água congelar em temperaturas nas quais ela normalmente ainda permaneceria líquida. Pesquisadores veem nela um possível divisor de águas para a semeadura de nuvens, a criomedicina e a indústria de alimentos.

Fungo do solo faz a água congelar rapidamente

A nova pesquisa concentra-se em uma família de fungos pouco conhecida, embora esteja presente em solos de praticamente todo lugar: a Mortierellaceae. Uma equipe internacional liderada pelos pesquisadores Boris Vinatzer e Xiaofeng Wang, da Universidade Virginia Tech, identificou nesses fungos uma proteína que atua como um núcleo de gelo extremamente eficiente.

Em condições normais, água muito pura pode continuar líquida mesmo bem abaixo de 0 grau Celsius, em um fenômeno chamado de “super-resfriamento”. Os cristais de gelo só se formam quando partículas ou superfícies funcionam como núcleos, permitindo que as moléculas de água se organizem. É justamente nessa etapa que a proteína do fungo entra em ação.

A proteína do fungo do solo faz a água cristalizar já por volta de menos 2 graus Celsius, muito antes do que aconteceria sem moléculas desse tipo.

Segundo os pesquisadores, a proteína funciona, em princípio, como um palco para as moléculas de água: oferece uma superfície ordenada na qual elas podem se alinhar e formar gelo. A função lembra a de “proteínas do gelo” já conhecidas em algumas bactérias, mas vai consideravelmente além em certos aspectos.

O que torna a proteína do fungo tão especial

A ciência conhece proteínas formadoras de gelo principalmente em bactérias como a Pseudomonas syringae. Esses microrganismos são estudados há bastante tempo porque podem danificar tecidos vegetais e também servir à semeadura de nuvens. A proteína do fungo, porém, apresenta duas vantagens práticas decisivas:

• É solúvel em água: suas moléculas ficam livres no líquido.
• Não depende de uma célula viva: o efeito acontece mesmo quando o próprio fungo já não está presente.

No caso de muitas proteínas bacterianas, é necessário que toda a célula da bactéria esteja viva e presente para que o efeito funcione adequadamente. Isso torna o manuseio e o uso mais complicados e arriscados, por exemplo, no meio ambiente ou no setor de alimentos.

Com o fungo, a situação é bem mais simples: a proteína pura basta. Por isso, ela parece oferecer maior flexibilidade de aplicação, desde o laboratório até possíveis processos industriais.

Como os pesquisadores encontraram o gene

Para localizar o gene responsável, as equipes empregaram técnicas modernas de sequenciamento genômico e bioinformática. Elas vasculharam o material genético das Mortierellaceae em busca de trechos que pudessem explicar a formação incomum de gelo.

Aos poucos, os pesquisadores selecionaram os candidatos até chegar a uma variante genética que correspondia exatamente ao comportamento observado. Testes posteriores confirmaram que esse gene contém as instruções para produzir a proteína especial do gelo.

Um presente genético vindo das bactérias

A reviravolta mais interessante surgiu quando a equipe investigou a origem do gene. No genoma dos fungos, ele parece um elemento estranho: sua estrutura se assemelha muito à de genes bacterianos, e não à do DNA típico de fungos.

Análises genéticas indicam que o fungo provavelmente recebeu o gene do gelo de bactérias há centenas de milhares ou até milhões de anos.

O processo por trás disso é chamado pelos especialistas de “transferência horizontal de genes”. Nele, informações genéticas passam de uma espécie para outra sem a herança convencional de pais para descendentes. Transferências desse tipo são raras entre grupos de organismos muito distantes, mas acontecem e podem ter consequências enormes.

Desde essa aquisição ancestral, o fungo aparentemente não apenas conservou o gene, mas também o aperfeiçoou. Isso sugere que a capacidade de formar gelo de maneira controlada lhe dá uma vantagem clara de sobrevivência. Uma possibilidade é que, por meio do congelamento de películas de água no solo, o fungo consiga acessar nutrientes de outra forma ou competir melhor com outros organismos.

Da semeadura de nuvens à pizza congelada

Os possíveis usos da descoberta sobre o fungo vão muito além da pesquisa básica. Algumas áreas se destacam de imediato:

Semeadura de nuvens menos prejudicial ao ambiente

Na semeadura de nuvens, técnica usada para estimular artificialmente a chuva ou a neve, o iodeto de prata é empregado com frequência. A substância também atua como núcleo de gelo, mas recebe críticas porque pode se acumular no ambiente e ter efeitos tóxicos.

A proposta imaginada pelos pesquisadores é usar uma proteína biológica e não tóxica para cumprir a mesma função, sem deixar resíduos poluentes de longo prazo. Em regiões secas, especialmente onde governos recorrem cada vez mais à modificação do clima, essa alternativa poderia mudar os rumos dos debates políticos e ambientais.

Criomedicina mais delicada

A medicina também acompanha a descoberta com atenção. Na criopreservação, clínicas e laboratórios armazenam células, tecidos ou embriões sob frio intenso. O problema é que, quando a água congela apenas em temperaturas muito baixas, muitas vezes surgem cristais grandes e pontiagudos, capazes de destruir estruturas celulares.

Quando a água congela mais cedo, em geral se formam cristais de gelo menores, que causam menos danos e aumentam a taxa de sobrevivência das células.

A proteína do fungo poderia ajudar a elevar o ponto de congelamento de forma controlada e, assim, produzir estruturas cristalinas mais finas. Isso teria grande valor, por exemplo, no armazenamento de células-tronco, óvulos, espermatozoides ou amostras raras de tecido.

Nova qualidade para alimentos congelados

Produtos do dia a dia também poderiam ser beneficiados, como sorvetes, vegetais e pratos prontos. Em todos esses alimentos, o tamanho dos cristais de gelo influencia a sensação na boca. Cristais grandes deixam a comida dura e “granulada”; os pequenos proporcionam uma consistência cremosa e agradável.

• Sorvete mais cremoso graças a uma estrutura mais fina
• Melhor textura ao morder vegetais congelados
• Menor perda de qualidade depois do descongelamento

Em teoria, a proteína do fungo poderia ser ajustada para que os produtos adquiram uma forma estável, com cristais finos, já em temperaturas negativas um pouco mais altas. Isso não só preservaria a qualidade como talvez economizasse energia, pois os equipamentos não precisariam resfriar tanto.

O grande obstáculo: produção em massa

Antes que indústrias e autoridades considerem seriamente a aplicação, porém, é preciso superar um problema prático: a proteína deve estar disponível em grandes quantidades, de maneira constante e a baixo custo. Hoje, sua fabricação ocorre sobretudo em laboratórios de pesquisa, em um processo trabalhoso, caro e muito distante da escala de toneladas.

Uma possibilidade seria usar microrganismos geneticamente modificados, como leveduras ou bactérias, que carreguem o gene do fungo e produzam a proteína em fermentadores. Isso imediatamente levanta outras questões: qual é a segurança dessa abordagem? Como impedir que organismos geneticamente modificados cheguem ao meio ambiente? E quem fiscaliza a qualidade e a pureza do produto?

Como funciona uma proteína de nucleação de gelo?

Em muitos casos, proteínas de nucleação de gelo têm uma superfície plana e regular, formada por determinados padrões de aminoácidos. Esses padrões se ajustam geometricamente de maneira surpreendente à disposição das moléculas de água em um cristal de gelo. Quando a água encontra essa superfície, as moléculas praticamente se “encaixam” e se unem em uma rede ordenada.

No cotidiano, efeitos semelhantes aparecem mesmo sem proteínas de alta tecnologia: uma pequena migalha no congelador, um vestígio de poeira em um copo de água ou a parede de uma garrafa bastam para iniciar a cristalização. A versão do fungo é uma espécie de aplicação profissional e altamente especializada desse princípio.

Riscos, questões em aberto e próximos passos

O uso da proteína do fungo em grande escala dependerá de vários fatores. Na pesquisa ambiental, discute-se intensamente até onde pode ir a manipulação do clima. Se governos passarem a introduzir substâncias biologicamente ativas em nuvens em larga escala, serão necessárias regras claras e acordos internacionais.

Na medicina, surgem outras dúvidas: seria permitido, por exemplo, congelar embriões com uma proteína de fungo? Com que rigor os resíduos teriam de ser removidos antes do uso posterior? E como explicar esses procedimentos de maneira transparente às pacientes e aos pacientes?

Ao mesmo tempo, o estudo mostra como a natureza pode ser criativa com os genes. Um fungo discreto do solo recebe por acaso uma ferramenta bacteriana, aperfeiçoa-a ao longo de milhões de anos e, de repente, oferece aos pesquisadores possibilidades capazes de transformar setores inteiros. Quem busca novas soluções para o clima, a medicina ou a alimentação provavelmente acompanhará esse fungo de perto no futuro.