Fungo do solo Mortierellaceae cria proteína que inicia a formação de gelo

O que à primeira vista soa como um tema de física pura, neste caso se revela um artifício biológico: um fungo do solo fabrica uma estrutura proteica capaz de transformar água em gelo mesmo pouco abaixo do ponto de congelamento. Se esse fenómeno puder ser aproveitado em escala industrial, a descoberta pode impactar de forma duradoura áreas como manipulação do clima, medicina e indústria de alimentos.

Um fungo do solo de jardim “brinca” com o ponto de congelamento

A pesquisa centra-se num fungo da família Mortierellaceae. Esses microrganismos estão espalhados pelo mundo e vivem no solo - inclusive em jardins comuns e em áreas agrícolas. Um grupo internacional liderado por Boris Vinatzer e Xiaofeng Wang, da Virginia Tech, demonstrou que esse fungo produz uma proteína que funciona como um “botão de arranque” para a formação de gelo.

Em condições normais, água extremamente pura pode permanecer líquida bem abaixo de 0 °C. Quando isso acontece, especialistas chamam o efeito de “super-resfriamento”. A cristalização só começa de facto quando existe uma partícula, uma superfície ou uma estrutura adequada que sirva de ponto inicial. É exatamente aí que entra a proteína produzida pelo fungo.

"A estrutura proteica do fungo funciona como um molde no qual as moléculas de água se organizam de tal forma que finos cristais de gelo surgem de imediato - já a partir de cerca de –2 °C."

Para a física, o mecanismo não é novidade, mas até aqui era associado sobretudo a certas bactérias: há microrganismos que usam proteínas semelhantes para favorecer geadas e, assim, danificar tecidos vegetais. A versão descrita agora para o fungo, contudo, destaca-se num ponto essencial em relação às proteínas bacterianas.

Por que esta proteína deixa os pesquisadores tão entusiasmados

Em geral, proteínas bacterianas que iniciam a formação de gelo só funcionam bem quando a célula que as produz permanece intacta e viva. Isso complica o manuseio e limita usos técnicos. No caso do fungo, o cenário é diferente:

• A proteína do fungo é solúvel em água.
• Ela continua a atuar mesmo sem a presença de uma célula viva.
• É possível isolá-la da solução do ambiente e, ao menos em teoria, aplicá-la de forma direcionada.

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

Com isso, fica evidente que a capacidade não está “espalhada” por todo o DNA do fungo: ela depende de um gene muito específico. Quem compreender esse gene e conseguir reproduzi-lo tecnicamente passa a ter um conjunto relativamente preciso de ferramentas para controlar quando o gelo se forma.

Um presente genético vindo do mundo bacteriano

A maior surpresa surgiu quando a origem desse gene entrou em cena. O fungo não o desenvolveu por conta própria. As análises genéticas indicam que uma bactéria transferiu esse “projeto” ao fungo num passado remoto.

Esse tipo de troca é conhecido como “transferência horizontal de genes”. Em vez de passar de pais para descendentes, o material genético salta entre espécies diferentes. É um evento raro, mas que volta e meia ocorre entre microrganismos - e, em alguns casos, muda por completo vias metabólicas.

Segundo os cálculos do grupo, a transferência aconteceu provavelmente há centenas de milhares, talvez milhões de anos. Desde então, o fungo não só manteve o gene como também o aprimorou de forma detetável. Isso sugere fortemente que a capacidade de acelerar a formação de gelo trouxe uma vantagem evolutiva real, por exemplo para sobreviver em solos frios ou para interagir com raízes de plantas.

O que este caso revela sobre fungos em geral

O achado reforça o quão flexíveis os fungos podem ser do ponto de vista genético. Eles conseguem incorporar “ferramentas” de outras formas de vida e integrá-las ao seu próprio funcionamento biológico. Isso não chama atenção apenas pela importância ecológica: também os posiciona como fonte de novas soluções biotecnológicas. Muitos medicamentos, enzimas e aditivos técnicos já têm origem em fungos - e esta proteína ligada ao congelamento pode tornar-se mais uma peça nesse conjunto.

Potencial para controle do clima e medicina

As ideias de aplicação para a nova proteína surgem rapidamente. Um campo bastante citado é a chamada semeadura de nuvens (ou “injeção de nuvens”): aeronaves introduzem substâncias em nuvens para estimular chuva ou neve.

Hoje, usa-se com frequência iodeto de prata - um composto criticado porque pode deixar resíduos no ambiente. Nesse cenário, a proteína do fungo entraria como alternativa biológica, com potencial de ser mais biodegradável.

"Em vez de um sal problemático, moléculas naturais de proteína poderiam vir a dar o pontapé inicial para chuva e neve - isso seria uma mudança de paradigma na modificação do tempo."

Na medicina, especialistas também veem oportunidades. Na criopreservação - armazenamento de células, tecidos ou embriões em condições congeladas - o tamanho dos cristais de gelo é um problema constante. Quando a cristalização começa tarde, os cristais tendem a crescer demais e podem romper membranas celulares.

Se a proteína do fungo fizer o congelamento começar mais cedo, a tendência é formar muitos cristais pequenos. Isso pode proteger melhor a estrutura de células e amostras sensíveis. Entre as aplicações possíveis estão:

• Armazenamento de células estaminais para terapias
• Criopreservação de óvulos e embriões em medicina reprodutiva
• Congelamento mais suave de amostras de tecido para diagnóstico e investigação

A indústria de alimentos também observa de perto

Quem já provou gelado “aguado” ou comida congelada com textura cristalizada conhece o efeito: cristais grandes de gelo estragam a textura e a sensação na boca. Há anos, fabricantes tentam incentivar a formação de cristais o menor possível.

Uma proteína de nucleação de gelo controlável, vinda de um fungo do solo considerado inofensivo, poderia tornar-se uma ferramenta justamente para isso. Com a dose certa, seria possível influenciar de forma direcionada a estrutura dos cristais em produtos congelados. Isso poderia:

• Deixar gelados mais cremosos
• Ajudar legumes a manterem mais crocância após o descongelamento
• Fazer refeições prontas congeladas descongelarem de forma mais uniforme

Para o setor, porém, o ponto decisivo é a escalabilidade. Não basta funcionar em laboratório: a proteína precisaria ser produzida em grande volume, manter-se estável e competir em preço com as técnicas atuais.

O grande ponto de interrogação: produção em massa

É precisamente aqui que está, por enquanto, o maior obstáculo. No momento, a equipa obtém a proteína em pequena escala a partir de culturas do fungo. Para uso em nuvens, hospitais ou fábricas, no entanto, seriam necessárias dimensões totalmente diferentes.

Algumas rotas possíveis estão em discussão:

• Cultivar o fungo diretamente em biorreatores e, depois, extrair a proteína.
• Transferir o gene para bactérias ou leveduras, que tendem a ser mais fáceis de criar em larga escala.
• Produzir de forma sintética a partir do “projeto” conhecido, por exemplo com sistemas celulares geneticamente otimizados.

Cada caminho traz desafios técnicos e regulatórios próprios - desde custos de produção e exigências de pureza até avaliações de segurança para pessoas e ambiente. Até virar aplicação de rotina, o processo pode levar anos.

O que quem não é especialista pode levar desta pesquisa

O estudo ilustra como biologia e física se misturam no quotidiano. À primeira vista, formar gelo parece simples: a água esfria, congela e pronto. Na prática, estruturas microscópicas determinam quando e de que modo os cristais começam a surgir. Uma única proteína pode separar uma camada de geada relativamente inofensiva de um dano severo causado por gelo.

Para quem lida com congelamento com frequência - seja na cozinha, seja no cuidado de plantas - surge uma nova perspetiva: não contam apenas temperatura e tempo, mas também os “gatilhos” onde os cristais se iniciam. Na pesquisa, já se trabalham superfícies artificiais que nucleiam gelo; o fungo agora fornece uma espécie de modelo natural para isso.

Outra questão promissora é como proteínas desse tipo poderiam ser combinadas com substâncias anticongelantes existentes. Em plantas, peixes e insetos há compostos que retardam a formação de gelo ou forçam os cristais a assumirem formas menos perigosas. No futuro, misturas de moléculas que promovem e que inibem o congelamento poderiam ajustar com grande precisão o que acontece em cada contexto - da gota de água numa nuvem até uma célula num tubo de laboratório.

Por enquanto, este fungo do solo continua como um agente discreto no subsolo. Ainda assim, o seu legado genético tem potencial para redefinir como diferentes setores lidam com frio e gelo - da meteorologia até o congelador do supermercado.