Um fungo do solo transforma água em gelo perto do ponto de congelamento

O que à primeira vista parece um fenômeno de física pura se revela, neste caso, como uma estratégia biológica: um fungo do solo produz uma estrutura proteica especial capaz de transformar água em gelo pouco abaixo de zero grau. A descoberta pode mexer de forma duradoura com a manipulação do tempo, a medicina e a indústria de alimentos - se esse efeito puder, de fato, ser aproveitado em escala industrial.

Fungo do solo e ponto de congelamento: o papel da proteína de gelo

No centro do estudo está um fungo da família Mortierellaceae. Esses microrganismos vivem no solo em praticamente todo o planeta, inclusive em jardins e áreas agrícolas comuns. Agora, uma equipe internacional de pesquisa liderada por Boris Vinatzer e Xiaofeng Wang, da Virginia Tech University, demonstrou que esse fungo produz uma proteína que funciona como uma espécie de botão de partida para a formação de gelo.

Em condições normais, água extremamente pura pode continuar líquida bem abaixo de 0 °C. Especialistas chamam isso de “super-resfriamento”. Só quando surge uma partícula, uma superfície ou uma estrutura adequada é que os cristais de gelo começam a se formar. É exatamente aí que a proteína do fungo entra em ação.

A estrutura proteica fúngica atua como uma matriz na qual as moléculas de água se organizam de modo que pequenos cristais de gelo aparecem imediatamente - já a partir de cerca de menos dois graus.

Para a física, trata-se de um mecanismo conhecido, mas até hoje ele era associado sobretudo a certas bactérias. Alguns microrganismos usam proteínas semelhantes para prejudicar tecidos vegetais, favorecendo o congelamento. A versão fúngica descrita agora, porém, se diferencia das proteínas bacterianas em um ponto fundamental.

Por que essa proteína chamou tanto a atenção dos pesquisadores

As proteínas bacterianas de formação de gelo, em geral, só funcionam quando a célula correspondente permanece íntegra e viva. Isso dificulta o manuseio e reduz a utilidade em diversas aplicações técnicas. No caso do fungo, o cenário é diferente:

• A proteína do fungo é solúvel em água.
• Ela continua atuando mesmo sem haver uma célula viva presente.
• Pode ser isolada da solução ao redor e, em tese, aplicada de forma direcionada.

Para chegar a esses resultados, os pesquisadores recorreram a sequenciamento moderno de DNA e a análises bioinformáticas. Com isso, identificaram o gene responsável no genoma dos Mortierellaceae. Os resultados foram publicados na revista científica Science Advances.

Isso significa que a capacidade não está espalhada por todo o DNA do fungo, mas ligada a um gene muito específico. Quando esse gene é compreendido e reproduzido tecnicamente, abre-se um conjunto relativamente preciso de ferramentas para controlar a formação de gelo.

Um presente genético vindo do mundo bacteriano

A maior surpresa veio da origem desse gene. O fungo não o criou por conta própria. A análise genética indica que uma espécie bacteriana transferiu, há muito tempo, o plano de construção dessa proteína para o fungo.

Os cientistas chamam isso de “transferência horizontal de genes”. Nesse processo, material hereditário salta de uma espécie para outra sem passar pela via tradicional de pais para descendentes. É algo raro, mas acontece repetidamente entre microrganismos - e, às vezes, altera vias metabólicas inteiras.

Segundo os cálculos da equipe, esse evento provavelmente ocorreu há centenas de milhares, talvez milhões de anos. Desde então, o fungo não apenas manteve o gene estranho, como também o aprimorou de maneira clara. Isso sugere fortemente que a capacidade de acelerar a formação de gelo trouxe uma vantagem real ao organismo ao longo da evolução, por exemplo na sobrevivência em solos frios ou na interação com raízes de plantas.

O que esse caso revela sobre os fungos em geral

A descoberta mostra como os fungos são geneticamente flexíveis. Eles conseguem incorporar ferramentas de outros domínios da vida e adaptá-las à própria biologia. Isso os torna interessantes não apenas para os ecossistemas, mas também como fonte de novas soluções biotecnológicas. Muitos medicamentos, enzimas e auxiliares técnicos já têm origem fúngica - e essa proteína de congelamento pode ser o próximo componente dessa lista.

Potencial para controle do clima e medicina

As ideias práticas em torno da nova proteína não demoraram a aparecer. Uma aplicação de destaque é a chamada semeadura de nuvens: nesse processo, aviões lançam certas substâncias nas nuvens para estimular chuva ou neve.

Atualmente, muitas vezes se usa iodeto de prata para isso - um material criticado porque pode deixar resíduos no ambiente. A proteína do fungo poderia funcionar como uma alternativa biológica, potencialmente mais biodegradável.

Em vez de um sal problemático, moléculas naturais de proteína poderiam dar o sinal de partida para chuva e neve - isso representaria uma mudança de paradigma na interferência no tempo.

Na medicina, especialistas também enxergam oportunidades. Na criopreservação, isto é, no armazenamento de células, tecidos ou embriões em estado congelado, o tamanho dos cristais de gelo é um problema constante. Se os cristais se formam tarde demais, costumam crescer muito e danificar as membranas celulares.

Se a proteína do fungo iniciar o congelamento mais cedo, tende a haver mais cristais pequenos. Isso pode proteger melhor as estruturas de células e amostras sensíveis. Possíveis áreas de uso incluem:

• armazenamento de células-tronco para terapias
• criopreservação de óvulos e embriões na medicina reprodutiva
• congelamento mais delicado de amostras de tecido para diagnóstico e pesquisa

A indústria de alimentos também está observando de perto

Quem já comeu sorvete aguado ou alimentos congelados com cristais percebe o problema na hora: cristais grandes de gelo estragam a textura e a sensação na boca. Há anos, os fabricantes tentam favorecer a formação de cristais o menor possível.

Uma proteína de formação de gelo controlável, vinda de um fungo do solo inofensivo, pode se transformar exatamente nessa ferramenta. Com a dosagem certa, seria possível influenciar de modo direcionado a estrutura dos cristais em produtos congelados. Isso poderia:

• deixar o sorvete mais cremoso,
• preservar melhor a crocância de legumes depois do descongelamento,
• fazer refeições prontas congeladas descongelarem de forma mais uniforme.

Para a indústria, o principal ponto é a escalabilidade. Um truque de laboratório não basta - a proteína teria de ser produzida em grandes quantidades, permanecer estável e competir em preço com os métodos atuais.

O grande ponto em aberto: produção em massa

É justamente aí que está, por enquanto, o maior obstáculo. No momento, a equipe de pesquisa ainda obtém a proteína em pequena escala a partir de culturas de fungos. Mas, para uso em nuvens, clínicas ou fábricas, seriam necessárias dimensões completamente diferentes.

Há várias possibilidades em discussão:

• cultivo direto dos fungos em biorreatores, seguido da extração da proteína
• transferência do gene para bactérias ou leveduras, que são mais fáceis de cultivar em grande escala
• produção sintética com base no plano já conhecido, por exemplo em sistemas celulares geneticamente otimizados

Cada uma dessas alternativas traz seus próprios desafios técnicos e regulatórios - de custos de produção e pureza até avaliações de segurança para o meio ambiente e para as pessoas. Até que haja aplicação real no cotidiano, ainda podem passar anos.

O que leigos podem levar dessa pesquisa sobre fungos e gelo

O estudo mostra como biologia e física estão profundamente entrelaçadas no dia a dia. A formação de gelo parece simples: a água esfria, congela e pronto. Na prática, estruturas minúsculas determinam quando e como os cristais aparecem. Uma única proteína pode fazer a diferença entre uma fina camada de geada e um dano destrutivo causado pelo gelo.

Quem lida com congelamento com frequência - na cozinha ou no cultivo de plantas - ganha uma nova perspectiva: não é só a temperatura e o tempo que importam, mas também os “pontos de partida” para os cristais. Na pesquisa, equipes já trabalham com superfícies artificiais de formação de gelo; agora, o fungo oferece uma espécie de modelo natural para isso.

Também deve ser interessante acompanhar como essas proteínas poderão ser combinadas com agentes anticongelantes já conhecidos. Em plantas, peixes ou insetos existem substâncias que retardam a formação de gelo ou forçam os cristais a assumirem uma forma inofensiva. No futuro, misturas de moléculas que favorecem e que inibem o congelamento podem ajustar com muita precisão o que acontece em cada ambiente - da gota de água na nuvem até a célula no tubo de laboratório.

Por enquanto, o fungo do solo segue como um agente silencioso no subsolo. Mas sua herança genética tem potencial para remodelar a forma como lidamos com frio e gelo em vários setores - da pesquisa meteorológica ao freezer do supermercado.