Cientistas surpreendidos: um fungo do solo produz uma proteína que congela água instantaneamente.

O que à primeira vista parece ser apenas física pura revela-se afinal como um truque biológico: um fungo do solo produz uma estrutura proteica especial que transforma água em gelo logo acima de zero. Esta descoberta pode vir a alterar de forma duradoura a manipulação do clima, a medicina e a indústria alimentar - se o fenómeno puder ser explorado em escala industrial.

Um fungo do solo do jardim mexe com o ponto de congelação

No centro do estudo está um fungo da família Mortierellaceae. Estes microrganismos vivem no solo em todo o mundo, incluindo em jardins e campos comuns. Uma equipa internacional de investigação, liderada por Boris Vinatzer e Xiaofeng Wang, da Virginia Tech, demonstrou agora que este fungo produz uma proteína que funciona como uma espécie de botão de arranque para a formação de gelo.

Em condições normais, água extremamente pura pode manter-se líquida muito abaixo dos zero graus. Os especialistas chamam a isso «sobrerrefecimento». Só quando entra em cena uma partícula, uma superfície ou uma estrutura adequada é que os cristais de gelo começam a formar-se. É precisamente aí que a proteína do fungo actua.

A estrutura proteica do fungo funciona como um andaime, ao qual as moléculas de água se organizam de tal forma que surgem imediatamente finos cristais de gelo - já a partir de cerca de menos dois graus.

Para os físicos, trata-se de um mecanismo conhecido, mas até agora era sobretudo associado a certas bactérias: alguns microrganismos usam proteínas semelhantes para danificar tecidos vegetais, favorecendo a geada. A variante fúngica agora descrita distingue-se, no entanto, de forma clara das proteínas bacterianas num ponto essencial.

Porque é que esta proteína entusiasma tanto os investigadores

As proteínas bacterianas de formação de gelo costumam funcionar apenas quando a célula correspondente permanece intacta e viva. Isso torna-as mais difíceis de manusear e pouco práticas para muitas aplicações técnicas. No caso do fungo, a situação é diferente:

• A proteína do fungo é solúvel em água.
• Continua a actuar mesmo quando já não existe qualquer célula viva.
• Pode ser isolada da solução circundante e, em teoria, utilizada de forma dirigida.

Para o estudo, os investigadores recorreram a sequenciação moderna de ADN e a análises bioinformáticas. Desta forma, identificaram o gene responsável no genoma dos Mortierellaceae. Os resultados foram publicados na revista científica Science Advances.

Fica assim claro que a capacidade não está espalhada por todo o ADN do fungo, mas depende de um gene muito específico. Quem compreender esse gene e conseguir reproduzi-lo tecnicamente terá em mãos uma caixa de ferramentas relativamente precisa para controlar a formação de gelo.

Um presente genético vindo do mundo bacteriano

A maior surpresa surgiu com a origem desse gene. O fungo não o inventou por si próprio. A análise genética indica que uma espécie bacteriana terá transmitido, há muito tempo, o projecto desta proteína ao fungo.

Aqui fala-se de «transferência horizontal de genes». Nesse processo, material hereditário salta de uma espécie para outra sem passar pelo percurso tradicional de pais para descendentes. É algo raro, mas entre microrganismos acontece repetidamente - e por vezes altera por completo vias metabólicas.

Segundo os cálculos da equipa, esse acontecimento terá ocorrido provavelmente há centenas de milhares, talvez milhões de anos. Desde então, o fungo não só manteve o gene estranho, como o terá aperfeiçoado de forma visível. Isso aponta fortemente para a ideia de que a capacidade de acelerar a formação de gelo deu ao organismo uma vantagem real ao longo da evolução, por exemplo na sobrevivência em solos frios ou na interacção com raízes de plantas.

O que este caso revela sobre os fungos em geral

Esta descoberta mostra quão flexíveis os fungos são, do ponto de vista genético. Conseguem incorporar ferramentas provenientes de áreas de vida completamente diferentes e integrá-las na sua própria biologia. Isso torna-os interessantes não só para os ecossistemas, mas também como fonte de novas soluções biotecnológicas. Muitos medicamentos, enzimas e auxiliares técnicos já têm hoje origem fúngica - esta proteína de congelamento pode ser o próximo bloco de construção.

Potencial para controlo do clima e medicina

As ideias práticas em torno desta nova proteína não tardaram a surgir. Uma área de aplicação em destaque é a chamada semeadura de nuvens: nesta técnica, aviões introduzem determinadas substâncias nas nuvens para induzir chuva ou neve.

Actualmente, é frequente usar-se iodeto de prata - uma substância criticada porque pode deixar resíduos no ambiente. A proteína do fungo poderá servir aqui como uma alternativa biológica e potencialmente mais biodegradável.

Em vez de um sal problemático, poderão futuramente ser moléculas proteicas naturais a dar o sinal de partida para a chuva e a neve - isso seria uma mudança de paradigma na influência sobre o clima.

Também na medicina os especialistas vêem oportunidades. Na crioconservação, ou seja, no armazenamento de células, tecidos ou embriões em estado congelado, o tamanho dos cristais de gelo é um problema permanente. Quando os cristais só se formam tardiamente, tendem a crescer demasiado e a danificar as membranas celulares.

Se a proteína fúngica desencadear o processo de congelação mais cedo, é mais provável que surjam muitos cristais pequenos. Isso pode proteger melhor as estruturas das células e de amostras sensíveis. Possíveis áreas de aplicação:

• Armazenamento de células estaminais para terapias
• Crioconservação de óvulos e embriões na medicina da reprodução
• Congelação suave de amostras de tecido para diagnóstico e investigação

Também a indústria alimentar está atenta

Quem já comeu gelado aguado ou alimentos ultracongelados com cristais já conhece o problema: cristais de gelo grandes destroem a textura e a sensação na boca. Há anos que os fabricantes tentam favorecer a formação de cristais o mais pequenos possível.

Uma proteína de formação de gelo controlável, proveniente de um fungo do solo inofensivo, poderá ser precisamente a ferramenta de que a indústria precisa. Com a dosagem certa, a estrutura dos cristais em produtos congelados pode ser influenciada de forma dirigida. Isso poderia:

• tornar o gelado mais cremoso,
• ajudar os legumes a manterem-se mais estaladiços depois de descongelados,
• permitir que pratos preparados congelados descongelem de forma mais uniforme.

Para a indústria, o mais importante é a escalabilidade. Um truque de laboratório não chega - a proteína teria de poder ser produzida em grandes quantidades, manter-se estável e competir em preço com os processos actuais.

O grande ponto em aberto: produção em massa

É precisamente aqui que reside, por agora, o maior obstáculo. Neste momento, a equipa de investigação ainda obtém a proteína em pequena escala a partir de culturas de fungos. Mas, para aplicação em nuvens, clínicas ou fábricas, são necessárias dimensões totalmente diferentes.

Estão em cima da mesa várias opções:

• cultivar directamente os fungos em bioreactores e depois extrair a proteína;
• transferir o gene para bactérias ou leveduras, que são mais fáceis de multiplicar em grande escala;
• produzir a proteína por via sintética com base no projecto já conhecido, por exemplo através de sistemas celulares geneticamente optimizados.

Cada uma destas variantes traz consigo obstáculos técnicos e regulamentares próprios - desde os custos de produção à pureza, passando por avaliações de segurança para o ambiente e para as pessoas. Até uma utilização real no dia-a-dia poderão ainda passar vários anos.

O que os leigos podem retirar deste estudo

Este trabalho mostra como biologia e física estão intimamente ligadas na vida quotidiana. A formação de gelo parece, à primeira vista, algo simples: a água arrefece, congela e pronto. Na realidade, são as estruturas mais pequenas que determinam quando e como os cristais se formam. Uma única proteína pode fazer a diferença entre uma fina camada de geada inofensiva e danos destrutivos provocados pelo gelo.

Quem lida frequentemente com congelação - por exemplo na cozinha ou na horticultura amadora - ganha aqui uma nova perspectiva: não contam apenas a temperatura e o tempo, mas também os «pontos de arranque» dos cristais. Na investigação, várias equipas já trabalham com superfícies artificiais de formação de gelo; o fungo fornece agora uma espécie de modelo natural para esse efeito.

Também será interessante perceber como estas proteínas poderão ser combinadas com os actuais agentes anticongelantes. Em plantas, peixes ou insectos existem substâncias que travam a formação de gelo ou obrigam os cristais a assumir uma forma inofensiva. No futuro, misturas de moléculas que favorecem e de moléculas que inibem o congelamento poderão afinar com grande precisão o que acontece em cada ambiente - desde a gota de água numa nuvem até à célula num recipiente de laboratório.

Por agora, o fungo do solo continua a ser um actor silencioso no subsolo. Mas o seu legado genético tem potencial para redefinir a forma como muitas indústrias lidam com o frio e com o gelo - da investigação atmosférica ao congelador do supermercado.