Proteína de fungo do solo congela água a menos dois graus

Um fungo do solo discreto está chamando atenção: suas estruturas proteicas fazem a água próxima ao ponto de congelamento solidificar instantaneamente - com implicações para a medicina, o clima e a agricultura.

O que parece ficção científica cresce despercebido em muitos solos. Um fungo amplamente distribuído da família Mortierellaceae produz uma estrutura proteica especial capaz de transformar água em gelo mesmo a poucos graus abaixo de zero. Uma equipe internacional de pesquisa detalhou agora esse mecanismo e enxerga nele um possível divisor de águas para a manipulação climática, os alimentos congelados e o congelamento gradual de células vivas.

Uma proteína fúngica que congela água já a menos dois graus

O estudo concentra-se em um tipo específico de proteína, produzido em grande quantidade pelo fungo do solo. Em laboratório, os testes mostraram que, quando essas moléculas proteicas entram em água quase pura e muito fria, os cristais de gelo se formam bem antes do habitual - por volta de menos dois graus Celsius.

Em condições normais, a água extremamente pura pode continuar líquida muito abaixo de zero enquanto não houver um núcleo adequado para a cristalização. Especialistas chamam esse fenômeno de “super-resfriamento”. A substância produzida pelo fungo atua justamente nesse ponto: ela oferece uma espécie de base sobre a qual as moléculas de água se organizam, formando um padrão de gelo estável.

A estrutura do fungo funciona como um botão de partida para o gelo - ela oferece ao primeiro cristal o lugar ideal para se formar.

Até agora, capacidades semelhantes eram conhecidas principalmente em determinadas bactérias, como a Pseudomonas syringae. Esses microrganismos já são estudados há algum tempo porque também desencadeiam o congelamento da água. Contudo, a proteína fúngica apresenta uma diferença decisiva: ela continua funcionando mesmo sem a presença de uma célula viva.

Hidrossolúvel e de uso livre: a grande vantagem da proteína fúngica

Os pesquisadores relatam que essa versão fúngica do agente de congelamento é solúvel em água. Ela pode ser extraída das células e permanece ativa como uma molécula suspensa livremente. Já as proteínas de gelo bacterianas costumam estar ligadas a células vivas intactas e perdem sua eficácia na ausência delas.

A solubilidade em água traz diversas vantagens práticas:

• A proteína pode ser purificada da massa fúngica com relativa facilidade.
• Ela pode ser utilizada separadamente de microrganismos vivos, simplificando questões de segurança e aprovação regulatória.
• Sua concentração em soluções aquosas pode ser controlada de forma precisa.
• Em teoria, ela é adequada para aplicações por pulverização, por exemplo, em nuvens ou sobre superfícies de plantas.

Os resultados foram publicados na revista científica Science Advances. Para localizar o gene responsável no genoma do fungo, a equipe utilizou sequenciamento moderno de DNA e análises de bioinformática. Com isso, foi possível descartar muitos outros candidatos e identificar sem ambiguidade a região genética decisiva.

Troca genética antiga: fungo “empresta” uma capacidade das bactérias

Ao analisar o material genético, os cientistas encontraram uma surpresa. O gene da proteína de gelo não se encaixa no repertório genético típico dessa família de fungos. Sua estrutura se parece muito com a de genes bacterianos. A explicação mais provável é que, há muito tempo, uma espécie de bactéria transferiu esse trecho de informação genética ao fungo.

Especialistas denominam esse processo de transferência horizontal de genes. Nele, um gene passa de uma espécie para outra - não de pais para descendentes, mas atravessando as fronteiras entre espécies. Esses eventos são relativamente incomuns, embora ocorram sobretudo entre microrganismos.

O fungo aparentemente não “inventou” por conta própria a capacidade de congelar, mas a tomou emprestada do reino das bactérias há muitas gerações.

Na avaliação dos pesquisadores, esse evento ocorreu há pelo menos várias centenas de milhares de anos, e provavelmente há milhões de anos. Desde então, o fungo não apenas preservou o gene estrangeiro, como também o adaptou. Isso indica que ele lhe proporciona uma vantagem mensurável no dia a dia.

Por que uma proteína de congelamento é útil para um fungo do solo

A função ecológica da proteína ainda não está totalmente esclarecida. Há várias hipóteses em discussão:

• Proteção contra danos causados pela geada: ao provocar o congelamento mais cedo, podem surgir cristais de gelo menores, que rompem as células do fungo com menos intensidade.
• Influência sobre a estrutura do solo: ciclos de congelamento e degelo soltam o solo e alteram o fluxo de água - algo de que as hifas fúngicas poderiam se beneficiar.
• Vantagem na competição: se o fungo modifica microclimas locais, isso pode prejudicar microrganismos concorrentes.

Uma coisa é certa: controlar no solo a transição da água para o gelo significa interferir profundamente em processos físicos e, consequentemente, nas condições de vida de incontáveis seres microscópicos.

Da modificação do clima à conservação de órgãos

O potencial da proteína fúngica vai muito além da pesquisa básica. Aplicações podem surgir em diversas áreas, desde que a substância possa ser produzida de forma econômica e em grande escala.

Uso na produção artificial de chuva

Uma área evidente é a chamada semeadura de nuvens. Nesse método, aviões ou estações terrestres introduzem partículas minúsculas nas nuvens para estimular chuva ou neve. Atualmente, o iodeto de prata é usado com frequência para esse fim - um sal inorgânico que vem sendo repetidamente debatido por preocupações ambientais.

A visão dos pesquisadores é criar uma alternativa biológica e biodegradável, com comportamento semelhante, mas sem o uso de sais metálicos. Pulverizada em partículas muito finas, a proteína fúngica poderia atuar nas nuvens como ponto de partida para cristais de gelo e, assim, provocar precipitação.

Uma proteína natural como produtora de chuva - isso poderia tornar projetos climáticos mais compatíveis com o meio ambiente do que os métodos químicos atuais.

Antes disso, porém, seriam necessários testes extensos sobre a estabilidade em grandes altitudes, a dispersão na atmosfera e possíveis resíduos no solo.

Congelamento mais suave de células e tecidos

Outra área de aplicação é a criopreservação. Laboratórios e clínicas congelam regularmente células-tronco do sangue, óvulos, embriões, fragmentos de pele ou outros tecidos. Nesse processo, há um conflito delicado: se a água se solidifica tarde demais, formam-se cristais de gelo grandes capazes de destruir as membranas celulares. Se o congelamento ocorrer de modo excessivamente repentino, outras reações de estresse podem surgir.

A proteína fúngica poderia tornar esse processo mais controlável. Ao elevar de forma muito precisa e discreta o ponto de congelamento, ela poderia gerar muitos cristais pequenos, que causam menos danos mecânicos às células. Em combinação com substâncias protetoras já estabelecidas, como glicerina ou dimetilsulfóxido, isso poderia aumentar a taxa de sobrevivência de amostras congeladas.

Estrutura de gelo mais fina em alimentos

A indústria de alimentos também acompanha a descoberta de perto. Em sorvetes, frutas congeladas ou filés de peixe, o tamanho dos cristais de gelo determina a sensação na boca e a perda de água. Quanto menores forem os cristais, mais cremoso ou suculento o produto parece após o descongelamento.

Uma quantidade pequena e dosada com precisão da proteína fúngica poderia ajudar a água presente no alimento a cristalizar de forma muito uniforme e em uma faixa de temperatura bem definida. Isso poderia contribuir para manter a qualidade durante o transporte e o armazenamento.

O grande obstáculo: produção em escala industrial

Por mais atraentes que sejam as perspectivas, todas esbarram na mesma questão prática: como obter a proteína com eficiência? A extração direta a partir de culturas de fungos provavelmente seria lenta e cara demais para fins industriais.

Uma abordagem biotecnológica parece mais realista. Para isso, os pesquisadores inseririam o gene responsável em organismos de produção de crescimento rápido, como leveduras ou bactérias, capazes de se multiplicar em fermentadores de aço. Esses microrganismos funcionariam, então, como pequenas fábricas para produzir a proteína fúngica em grandes quantidades.

Isso exige várias etapas: otimizar o código genético, ajustar com precisão as condições do fermentador, purificar o produto final e realizar testes de segurança. Especialmente em aplicações médicas ou atmosféricas, há exigências rigorosas quanto à pureza e à estabilidade de uma substância desse tipo.

O que o público deve saber sobre proteínas de gelo

Proteínas que formam gelo aparecem na natureza com mais frequência do que se imagina. Certos insetos, plantas e peixes usam moléculas semelhantes para lidar com o frio. Algumas evitam completamente o congelamento, enquanto outras o direcionam para regiões inofensivas do organismo.

A proteína fúngica pertence às variantes que iniciam ativamente o congelamento. Sem esses estímulos, em teoria, a água poderia permanecer líquida até menos dez ou menos vinte graus, desde que estivesse extremamente limpa e imóvel. No cotidiano, isso quase não acontece, pois poeira, sais ou pequenas impurezas estão presentes em quase todos os lugares e atuam como núcleos de cristalização descontrolados.

O atrativo da proteína fúngica está em substituir essa parcela aleatória do processo. Em vez de os cristais de gelo surgirem “em algum lugar” e “em algum momento” do sistema, eles passam a se formar em um instante e local definidos. Para aplicações técnicas, isso representa mais controle sobre um processo que até agora era considerado amplamente determinado pela física.

A longo prazo, outras ideias podem nascer dessa pesquisa, como revestimentos de superfície capazes de controlar melhor a formação de gelo nas asas de aviões ou novos agentes anticongelantes para culturas agrícolas. O trabalho com esse fungo ainda está no começo. O fato de um habitante do solo quase desconhecido ter um controle tão preciso sobre a água em congelamento mostra quantos truques físicos a natureza já desenvolveu - muito antes de os laboratórios conseguirem reproduzi-los.