Cientistas descobrem um fungo que faz a água congelar quase instantaneamente.

Um fungo do solo aparentemente banal está a dar que falar: as suas unidades proteicas conseguem fazer com que água perto do ponto de congelação solidifique quase instantaneamente - com implicações para a medicina, o clima e a agricultura.

O que parece saído de ficção científica cresce discretamente em muitos solos. Um fungo muito comum da família Mortierellaceae produz uma estrutura proteica invulgar, capaz de transformar água em gelo mesmo quando a temperatura está apenas ligeiramente abaixo de 0 °C. Uma equipa internacional de investigação descreveu agora este mecanismo ao detalhe - e considera que ele pode vir a ser um fator de mudança em áreas como a manipulação do tempo, os alimentos ultracongelados e o congelamento lento de células vivas.

Uma proteína de fungo que congela água já a −2 °C

No centro do estudo está um tipo específico de proteína que o fungo do solo produz em quantidades elevadas. Em condições laboratoriais, observou-se o seguinte: quando estas moléculas entram em contacto com água quase pura e muito fria, os cristais de gelo formam-se muito mais cedo do que seria habitual - por volta de −2 °C.

Em circunstâncias normais, água extremamente pura consegue manter-se líquida bem abaixo de 0 °C, desde que não exista um “gatilho” adequado para a cristalização. Nessa situação, os especialistas falam de “sobrerefrigeração”. A substância do fungo atua precisamente aqui: disponibiliza uma espécie de plataforma onde as moléculas de água se conseguem organizar e formar um padrão de gelo estável.

"A estrutura do fungo funciona como um botão de arranque para o gelo - oferece ao primeiro cristal o local perfeito para se formar."

Até agora, capacidades semelhantes eram sobretudo conhecidas em certas bactérias, por exemplo Pseudomonas syringae. Esses microrganismos são estudados há anos por também iniciarem o congelamento da água. No entanto, a proteína do fungo distingue-se num ponto crucial: continua a funcionar mesmo na ausência de uma célula viva.

Hidrossolúvel e utilizável de forma independente: a grande vantagem da proteína do fungo Mortierellaceae

Os investigadores relatam que esta “ajuda ao congelamento” de origem fúngica é solúvel em água. Isto significa que pode ser separada das células e permanece ativa como molécula livre em suspensão. Já as proteínas bacterianas que nucleiam gelo estão, na maioria dos casos, associadas a células vivas intactas e perdem eficácia quando estas deixam de estar presentes.

Da solubilidade em água resultam várias vantagens práticas:

• A proteína pode ser purificada com relativa facilidade a partir da biomassa fúngica.
• Pode ser aplicada separadamente de microrganismos vivos, o que tende a simplificar questões de segurança e de autorização.
• A sua concentração em soluções aquosas pode ser ajustada de forma controlada.
• Em teoria, adapta-se a aplicações por pulverização, por exemplo em nuvens ou em superfícies de plantas.

Os resultados foram publicados na revista científica Science Advances. Para identificar o gene responsável no genoma do fungo, a equipa recorreu a sequenciação moderna de ADN e a análises bioinformáticas. Assim, foi possível excluir muitos outros candidatos e atribuir sem ambiguidades a função a uma região genética específica.

Troca genética antiga: o fungo “empresta” a capacidade às bactérias

Ao analisar o material genético, os cientistas depararam-se com uma surpresa. O gene associado à proteína de gelo não encaixa no “kit” genético típico desta família de fungos. A sua arquitetura lembra fortemente genes bacterianos. A explicação mais plausível: há muito tempo, uma bactéria transferiu esse fragmento de informação hereditária para o fungo.

Este fenómeno é conhecido como transferência horizontal de genes. Em vez de passar de progenitores para descendentes, um gene “salta” entre espécies - atravessando fronteiras biológicas. Estes eventos são relativamente raros, mas surgem sobretudo entre microrganismos.

"Ao que tudo indica, o fungo não ‘inventou’ a capacidade de congelar, mas tomou-a emprestada ao reino das bactérias há muitas gerações."

Segundo a avaliação dos investigadores, essa transferência ocorreu há, no mínimo, várias centenas de milhares de anos - provavelmente há milhões. Desde então, o fungo não só manteve o gene “estrangeiro”, como o foi ajustando. Isso sugere que a característica lhe traz uma vantagem mensurável no seu ambiente natural.

Porque é que uma proteína de congelação é útil a um fungo do solo

O papel ecológico exato da proteína ainda não está totalmente esclarecido. Existem várias hipóteses em discussão:

• Proteção contra danos por gelo: ao induzir o congelamento mais cedo, podem formar-se cristais menores, que rasgam menos as células do fungo.
• Influência na estrutura do solo: ciclos de congelação e descongelação tornam o solo mais solto e alteram fluxos de água - algo de que as hifas fúngicas podem beneficiar.
• Vantagem na competição: se o fungo alterar microclimas locais, isso poderá prejudicar microrganismos concorrentes.

O ponto essencial é claro: quem consegue “comandar” a transição da água para gelo no solo interfere diretamente com processos físicos - e, por consequência, com as condições de vida de inúmeros microrganismos.

Da modulação do tempo à conservação de órgãos

O potencial desta proteína fúngica vai muito além da investigação fundamental. Em vários setores poderão surgir aplicações, desde que a substância possa ser produzida de forma económica e em grande escala.

Utilização na produção artificial de chuva (sementeira de nuvens)

Um campo óbvio é a chamada sementeira de nuvens. Nesta técnica, aviões ou estações no solo libertam partículas minúsculas nas nuvens para estimular chuva ou neve. Até hoje, usa-se frequentemente iodeto de prata - um sal inorgânico que é repetidamente debatido por possíveis impactos ambientais.

A visão da equipa: uma alternativa biológica e biodegradável com comportamento semelhante, mas sem recorrer a sais metálicos. A proteína do fungo poderia, distribuída como aerossol fino, funcionar nas nuvens como ponto de partida para cristais de gelo e, assim, desencadear precipitação.

"Uma proteína natural como ‘fazedora de chuva’ - isso poderia tornar projetos meteorológicos mais compatíveis com o ambiente do que os métodos químicos atuais."

Antes disso, seriam necessários testes extensos sobre estabilidade em altitude, dispersão na atmosfera e eventuais resíduos depositados no solo.

Congelação mais suave de células e tecidos

Um segundo domínio é a crioconservação. Laboratórios e hospitais congelam rotineiramente células estaminais do sangue, óvulos, embriões, fragmentos de pele e outros tecidos. Aqui surge um conflito delicado: se a água solidificar demasiado tarde, formam-se cristais grandes que podem destruir membranas celulares. Se congelar demasiado depressa, podem ocorrer outras respostas de stress.

A proteína do fungo poderia tornar o processo mais controlável. Ao elevar de forma precisa e ligeira o ponto a que o gelo se inicia, seria possível favorecer muitos cristais pequenos, menos agressivos do ponto de vista mecânico. Em conjunto com crioprotetores estabelecidos, como glicerina ou dimetilsulfóxido, isto poderia aumentar a taxa de sobrevivência de amostras congeladas.

Estrutura de gelo mais fina nos alimentos

A indústria alimentar também está atenta. Em gelados, fruta ultracongelada ou filetes de peixe, o tamanho dos cristais de gelo influencia diretamente a textura e a perda de água. Quanto menores os cristais, mais cremoso ou mais suculento tende a ficar o produto após descongelação.

Uma dose pequena e rigorosamente controlada da proteína fúngica poderia ajudar a que a água cristalizasse de forma uniforme e a uma temperatura bem definida dentro do alimento. Isso pode contribuir para estabilizar a qualidade durante transporte e armazenamento.

Área	Possível benefício da proteína do fungo
Meteorologia	Alternativa biológica ao iodeto de prata na sementeira de nuvens
Medicina / biobancos	Congelação mais suave de células, tecidos e embriões
Indústria alimentar	Melhor textura de ultracongelados graças a cristais mais finos

O maior obstáculo: produção à escala industrial

Por mais apelativas que sejam as perspetivas, todas esbarram na mesma questão prática: como obter esta proteína de forma eficiente? Recolhê-la diretamente de culturas de fungos seria, para fins industriais, demasiado lento e caro.

Mais realista é uma via biotecnológica. Para isso, os investigadores teriam de introduzir o gene responsável em organismos de produção de crescimento rápido, como leveduras ou bactérias, capazes de se multiplicar em fermentadores de aço. Esses microrganismos funcionariam como pequenas “fábricas”, produzindo a proteína fúngica em grandes quantidades.

Este caminho implica várias etapas: otimização do código genético, afinação das condições no fermentador, purificação do produto final e testes de segurança. Em aplicações médicas ou atmosféricas, as exigências são particularmente rigorosas quanto à pureza e à estabilidade do composto.

O que o público deve saber sobre proteínas que formam gelo

Proteínas relacionadas com o gelo surgem na natureza com mais frequência do que se imagina. Certos insetos, plantas e peixes usam moléculas semelhantes para lidar com o frio. Algumas evitam o congelamento; outras orientam a formação de gelo para zonas do corpo onde isso é menos nocivo.

A proteína deste fungo pertence ao grupo que inicia ativamente o congelamento. Sem esse tipo de estímulo, em teoria a água poderia manter-se líquida a −10 °C ou −20 °C, desde que fosse extremamente limpa e permanecesse quieta. No quotidiano, isso quase não acontece, porque poeiras, sais e pequenas impurezas estão praticamente sempre presentes e atuam como núcleos de cristalização descontrolados.

O interesse desta proteína fúngica está em substituir esse elemento aleatório. Em vez de o gelo surgir “em algum sítio” e “a certa altura”, os cristais passam a formar-se num momento e num local definidos. Para aplicações técnicas, isto significa mais controlo sobre um processo que, até agora, parecia maioritariamente ditado pela física.

A partir daqui podem vir a nascer ideias adicionais: por exemplo, revestimentos que permitam gerir melhor a formação de gelo em asas de aeronaves, ou novos agentes para proteção contra geada em culturas agrícolas. Ainda assim, a investigação sobre este fungo está numa fase inicial. O facto de um organismo do solo pouco conhecido conseguir intervir com tamanha precisão no congelamento da água mostra quantos “truques” físicos a natureza já desenvolveu - muito antes de os laboratórios tentarem reproduzi-los.