Proteína de um fungo do solo congela água a -2 °C e pode ajudar a fazer chover

À partida, a passagem de água para gelo parece seguir um guião rígido da Natureza. No entanto, debaixo dos nossos pés, um fungo interfere nesse mecanismo de forma inesperada. Uma equipa internacional de investigação identificou uma proteína capaz de transformar água em gelo logo abaixo do ponto de congelação - e isso poderá, no futuro, ajudar a induzir chuva, a congelar células com menos danos e a tornar o gelado mais cremoso.

Um fungo do solo com um truque surpreendente: a água congela a menos 2 graus

A investigação centrou-se em fungos da família Mortierellaceae. Estes microrganismos existem em solos por todo o mundo e, na maioria das vezes, passam despercebidos. Cientistas liderados por Boris Vinatzer e Xiaofeng Wang, da universidade norte-americana Virginia Tech, conseguiram isolar, a partir destes fungos, uma estrutura proteica específica.

"A proteína do fungo funciona como um botão de arranque para o gelo: faz a água congelar logo a cerca de -2 °C, embora, em condições normais, ainda pudesse manter-se líquida."

Na Física é conhecido o fenómeno do chamado sobrearrefecimento: água pura e muito limpa consegue permanecer líquida bem abaixo de 0 °C enquanto não existir uma superfície adequada onde se iniciem cristais de gelo. A mudança de líquido para sólido só acontece quando surge um “núcleo de cristalização” que desencadeia o processo.

É precisamente aqui que entra a proteína do fungo. Ela fornece às moléculas de água uma superfície perfeitamente organizada, que lhes permite alinhar-se e ligar-se numa rede cristalina. O resultado é que a água evita uma fase de sobrearrefecimento acentuado e solidifica muito mais cedo.

Conhecido em bactérias - mas o fungo tem um trunfo

Proteínas que promovem a formação de gelo não são uma novidade para os investigadores. Certas bactérias, como a Pseudomonas syringae, apresentam estas proteínas na superfície celular. Já foram estudadas na agricultura e na silvicultura, por poderem agravar danos por geada nas plantas.

A versão do fungo, porém, tem uma vantagem decisiva:

• Solúvel em água: a proteína dissolve-se em água, em vez de ficar presa às células.
• Independente de células vivas: continua a actuar mesmo quando as células do fungo já estão mortas ou foram removidas.
• Mais fácil de manusear: em teoria, pode ser isolada, armazenada e doseada de forma controlada.

Em laboratório, esta diferença é enorme. As proteínas bacterianas, regra geral, têm de ser usadas com células vivas ou, pelo menos, com células intactas. Isso complica a aplicação em sistemas técnicos ou na área médica. Uma proteína livremente solúvel oferece muito mais margem de utilização - desde processos industriais a aplicações no exterior.

Atalho genético: o fungo “roubou” o talento

A equipa quis perceber de onde vinha esta proteína invulgar. Para isso, sequenciou o ADN do fungo e procurou especificamente o gene responsável. A surpresa foi que a sequência genética não se parece com genes típicos de fungos; pelo contrário, mostra sinais claros de origem bacteriana.

O mecanismo por detrás disto é aquilo a que especialistas chamam “transferência horizontal de genes”. Em vez de as características passarem apenas para os descendentes, por vezes os organismos trocam material genético lateralmente, atravessando espécies e até reinos biológicos. Neste caso, é provável que uma bactéria tenha transferido ao fungo, há centenas de milhares a milhões de anos, o gene associado à proteína formadora de gelo.

"O fungo não ‘inventou’ o gene; apropriou-se dele do kit genético das bactérias - e depois integrou-o na sua própria biologia."

O facto de o fungo ter mantido e refinado este gene durante tanto tempo sugere uma vantagem concreta. Ser capaz de fazer a água congelar mais cedo também altera o meio envolvente: por exemplo, a humidade do solo, os fluxos de nutrientes ou a sobrevivência durante noites frias. Qual é, exactamente, o benefício na Natureza é algo que estudos futuros terão de esclarecer.

De fazer chover à clínica: onde a proteína pode vir a ser usada

Nova opção para a sementeira de nuvens

Uma das áreas mais apelativas é a modificação do tempo. Na chamada sementeira de nuvens, introduzem-se hoje compostos químicos como iodeto de prata nas nuvens para estimular a precipitação. As partículas funcionam como núcleos onde a água se agrega sob a forma de gelo ou gotas de chuva.

Uma proteína natural, biodegradável e proveniente de um fungo inofensivo poderia ser uma alternativa com menor impacto ambiental. No interior da nuvem, actuaria de forma semelhante ao que acontece no tubo de ensaio: gotículas de água que, ligeiramente abaixo de 0 °C, ainda se mantêm líquidas congelariam mais depressa e cairiam sob a forma de cristais - como chuva ou neve.

Para já, isto permanece no domínio do que ainda está por fazer. Para aviões ou drones conseguirem dispersar a proteína em quantidades suficientes, serão necessários métodos de produção estáveis e avaliações de segurança robustas. Ainda assim, muitos investigadores vêem aqui um potencial significativo, sobretudo em regiões com seca crónica.

Congelação mais suave de células e tecidos

Outra aplicação situa-se na medicina e na biotecnologia, em especial na crioconservação. Células, amostras de tecido ou embriões são armazenados a temperaturas extremamente baixas. O problema é a formação de cristais de gelo grandes e pontiagudos, que podem romper membranas celulares.

A proteína do fungo consegue iniciar o congelamento mais cedo. Isso tende a gerar muitos cristais pequenos e mais arredondados. Como consequência, os danos são menores e a estrutura das células vivas fica melhor preservada.

Tipo de congelação	Tamanho dos cristais	Impacto nas células
Início tardio do congelamento	Poucos cristais grandes	Elevado risco para membranas e estruturas
Início precoce do congelamento com proteína	Muitos cristais pequenos	Mais suave para as células, com possíveis melhores taxas de sobrevivência

Para bancos de sangue, clínicas de fertilidade ou bancos de tecidos, uma proteína deste tipo poderia trazer vantagens muito relevantes. Menos danos celulares traduzem-se em melhores taxas de sucesso em transplantes, medicina reprodutiva e conservação de amostras raras.

Indústria alimentar: gelado, legumes e refeições prontas

No universo dos congelados, a formação de gelo é determinante. Quem já provou gelado com textura granulosa ou legumes congelados moles conhece bem o efeito: cristais grandes deterioram a estrutura e o que sentimos na boca.

Com uma utilização controlada de uma proteína formadora de gelo, seria possível orientar o congelamento para criar cristais mais finos. Em particular no gelado, peixe, carne e fruta ou legumes mais sensíveis, a textura poderia melhorar de forma clara. Também aqui, uma proteína obtida de um fungo do solo comum seria uma abordagem natural atractiva - desde que seja considerada segura e que a produção seja economicamente viável.

O grande obstáculo: produção industrial em massa

A ideia é convincente, mas a execução ainda tem travões. A equipa de investigação sublinha que, neste momento, o principal problema é a ausência de fabrico em grande escala. Quantidades de laboratório conseguem-se obter com relativa facilidade, por exemplo cultivando o fungo ou recorrendo a microrganismos geneticamente modificados para produzirem a proteína. Porém, para frotas de sementeira de nuvens, grandes biobancos ou empresas alimentares, seriam necessárias toneladas.

Por isso, são necessários:

• organismos de produção adequados (por exemplo, leveduras ou bactérias),
• processos de fermentação estáveis e de baixo custo,
• etapas de purificação que entreguem a proteína com elevada qualidade,
• e testes consistentes de segurança e de compatibilidade ambiental.

Só depois de ultrapassadas estas barreiras uma descoberta de laboratório poderá transformar-se num produto pronto para o mercado. Ainda assim, a experiência mostra que proteínas de microrganismos - de enzimas em detergentes a insulina - já chegaram ao dia a dia muitas vezes.

O que significam termos como sobrearrefecimento e transferência de genes

Quem se pergunta como é que a água consegue permanecer líquida abaixo do ponto de congelação acaba por chegar ao sobrearrefecimento. O factor determinante é não existirem núcleos que iniciem a formação de cristais de gelo. Em amostras especialmente puras, como as que estão em recipientes laboratoriais cuidadosamente limpos, a água pode manter-se líquida a -5, -10 ou até a temperaturas mais baixas, até que um grão de pó, uma vibração ou, neste caso, uma proteína dê início à cristalização.

Também a transferência horizontal de genes costuma precisar de contexto. Pode imaginar-se como uma partilha de ficheiros entre computadores: um organismo “copia” um fragmento de ADN de outra espécie e integra-o no próprio genoma. Em bactérias, isto acontece com frequência, por exemplo na disseminação de resistências a antibióticos. O facto de haver transferências também entre bactérias e fungos evidencia até que ponto a evolução pode ser flexível.

A descoberta desta proteína fúngica que induz a formação de gelo é, assim, mais do que uma curiosidade de laboratório. Mostra como Física, Biologia e tecnologia se cruzam - e como uma estrutura discreta do solo pode, de repente, vir a ter impacto na chuva, na medicina e na qualidade dos alimentos.