Fungo Mortierellaceae cria proteína que inicia a formação de gelo a -2 °C

O que à primeira vista parece uma questão de física pura revela-se, afinal, um truque biológico: um fungo do solo gera uma estrutura proteica especial capaz de transformar água em gelo mesmo pouco abaixo do ponto de congelação. Se este fenómeno puder ser explorado à escala industrial, a descoberta poderá vir a ter impacto duradouro na manipulação do tempo, na medicina e na indústria alimentar.

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

No centro do estudo está um fungo da família Mortierellaceae. Estes microrganismos existem em solos por todo o mundo, incluindo em jardins comuns e em terrenos agrícolas. Uma equipa internacional liderada por Boris Vinatzer e Xiaofeng Wang, da Virginia Tech University, demonstrou agora que este fungo produz uma proteína que funciona como um verdadeiro “botão de arranque” para a formação de gelo.

Em condições normais, água extremamente pura pode manter-se líquida bem abaixo dos 0 °C. A este estado dá-se o nome de “sobrefusão”. A cristalização só começa quando surge uma partícula, uma superfície ou uma estrutura adequada que sirva de ponto de nucleação. É precisamente nesse momento que entra em acção a proteína do fungo.

“A estrutura proteica fúngica funciona como um andaime onde as moléculas de água se organizam de forma a que surjam imediatamente cristais de gelo muito finos - já a partir de cerca de -2 °C.”

Para a física, o mecanismo em si não é novo, mas até aqui estava sobretudo associado a certas bactérias: alguns microrganismos recorrem a proteínas semelhantes para favorecer geada e, assim, danificar tecidos vegetais. A versão descrita agora no fungo, porém, distingue-se de forma clara das proteínas bacterianas num ponto essencial.

Porque é que esta proteína deixa os investigadores especialmente entusiasmados

As proteínas bacterianas que promovem a formação de gelo costumam funcionar, na maioria dos casos, apenas quando a célula correspondente se mantém intacta e viva. Isso torna-as mais difíceis de manusear e pouco práticas para muitas aplicações técnicas. No caso do fungo, o cenário é diferente:

• A proteína do fungo é solúvel em água.
• Mantém o efeito mesmo sem existir uma célula viva.
• Pode ser isolada a partir da solução circundante e, pelo menos em teoria, aplicada de forma dirigida.

Para chegar a estas conclusões, a equipa recorreu a sequenciação moderna de ADN e a análises bioinformáticas. Assim, identificou no genoma das Mortierellaceae o gene responsável. Os resultados foram publicados na revista científica Science Advances.

Fica, portanto, estabelecido que a capacidade não está “espalhada” por todo o ADN do fungo, mas ligada a um gene muito específico. Quem conseguir compreender esse gene e reproduzi-lo tecnicamente terá nas mãos uma ferramenta relativamente precisa para controlar a formação de gelo.

Um presente genético vindo do mundo bacteriano

A maior surpresa veio da origem desse gene. O fungo não desenvolveu este “plano de construção” por conta própria. A análise genética indica que, há muito tempo, uma espécie bacteriana transferiu para o fungo a informação necessária para produzir esta proteína.

Os especialistas chamam a isto “transferência horizontal de genes”. Trata-se de um salto de material genético entre espécies sem passar pela via de pais e descendentes. É um fenómeno raro, mas que volta e meia ocorre entre microrganismos - e, por vezes, altera vias metabólicas inteiras.

De acordo com os cálculos da equipa, esse episódio terá ocorrido há centenas de milhares, talvez milhões de anos. Desde então, o fungo não só manteve o gene como o terá claramente optimizado. Isso sugere com força que a capacidade de acelerar a formação de gelo conferiu uma vantagem evolutiva real, 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 ilustra a plasticidade genética dos fungos. Eles conseguem incorporar “ferramentas” provenientes de outros ramos da vida e integrá-las na sua própria biologia. Por isso, não são apenas relevantes para os ecossistemas: também podem ser fontes de novas soluções biotecnológicas. Já hoje muitos medicamentos, enzimas e auxiliares técnicos têm origem fúngica - e esta proteína de congelação pode ser a próxima peça desse puzzle.

Potencial para controlo meteorológico e medicina

As ideias práticas associadas a esta proteína não tardaram a surgir. Um dos usos mais falados é a chamada sementeira de nuvens: aviões dispersam substâncias em nuvens para desencadear chuva ou neve.

Actualmente, utiliza-se muitas vezes iodeto de prata - um composto criticado por poder deixar resíduos no ambiente. A proteína do fungo poderia ser uma alternativa biológica e potencialmente mais biodegradável.

“Em vez de um sal problemático, no futuro moléculas proteicas naturais poderiam dar o sinal de partida para chuva e neve - isso seria uma mudança de paradigma na modificação do tempo.”

Na medicina, também se apontam oportunidades. Na crioconservação - isto é, o armazenamento congelado de células, tecidos ou embriões - o tamanho dos cristais de gelo é um problema constante. Quando a cristalização começa tarde, os cristais tendem a crescer demasiado e podem danificar membranas celulares.

Se a proteína do fungo fizer o congelamento arrancar mais cedo, é mais provável formarem-se muitos cristais pequenos. Isso pode proteger melhor estruturas celulares e amostras sensíveis. Entre as aplicações possíveis contam-se:

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

A indústria alimentar também está atenta

Quem já provou gelado “aguado” ou alimentos ultracongelados com textura cristalina conhece bem o efeito: cristais de gelo grandes estragam a textura e a sensação na boca. Há anos que os fabricantes procuram formas de favorecer cristais mais pequenos.

Uma proteína de formação de gelo controlável, proveniente de um fungo do solo inofensivo, poderia tornar-se exactamente a ferramenta procurada. Com a dosagem certa, seria possível influenciar de modo dirigido a estrutura cristalina em produtos congelados. Isso poderia:

• Tornar o gelado mais cremoso,
• Manter os legumes mais firmes após descongelação,
• Fazer com que refeições congeladas prontas descongelem de forma mais uniforme.

Para a indústria, o ponto decisivo 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 de interrogação: produção em massa

É precisamente aqui que está, por agora, o maior obstáculo. A equipa ainda obtém a proteína em pequena escala a partir de culturas do fungo. Para uso em nuvens, clínicas ou fábricas, seriam necessárias dimensões completamente diferentes.

Estão em cima da mesa várias possibilidades:

• Cultivar directamente os fungos em biorreactores e depois extrair a proteína.
• Transferir o gene para bactérias ou leveduras, mais fáceis de criar em grande escala.
• Produzir de forma sintética com base no plano conhecido, por exemplo através de sistemas celulares geneticamente optimizados.

Cada uma destas vias traz desafios técnicos e regulamentares próprios - desde custos de produção e níveis de pureza até avaliações de segurança para o ambiente e para as pessoas. Até uma aplicação no dia a dia, ainda podem passar anos.

O que qualquer pessoa pode reter deste estudo

Este trabalho evidencia como biologia e física se cruzam no quotidiano. A formação de gelo parece simples: a água arrefece, congela e pronto. Na realidade, são estruturas minúsculas que determinam quando e como se formam os cristais. Uma única proteína pode ser a diferença entre uma camada de geada inofensiva e danos provocados por gelo.

Para quem lida frequentemente com congelamento - na cozinha ou na jardinagem, por exemplo - surge aqui uma perspectiva diferente: não contam apenas temperatura e tempo, mas também os “pontos de arranque” da cristalização. Na investigação, já se trabalham superfícies artificiais que induzem formação de gelo; o fungo fornece agora uma espécie de modelo natural para isso.

Também será interessante perceber como estas proteínas podem ser combinadas com crioprotectores existentes. Em plantas, peixes ou insectos há substâncias que travam a formação de gelo ou forçam os cristais a assumir formas menos perigosas. No futuro, misturas de moléculas que favorecem e que inibem o congelamento poderão permitir um ajuste muito fino do que deve acontecer em cada ambiente - desde uma gota de água numa nuvem até uma célula num tubo de laboratório.

Por agora, este fungo do solo continua a ser um actor discreto debaixo dos nossos pés. Ainda assim, o seu legado genético tem potencial para remodelar a forma como lidamos com frio e gelo em vários sectores - da meteorologia à arca congeladora do supermercado.