Os fungos usam o "botão de arranque" para obter gelo das bactérias
As proteínas recentemente identificadas podem ser importantes para a criopreservação, o processamento de alimentos e a produção de neve
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Uma equipa de investigação internacional liderada por Konrad Meister do Instituto Max Planck para a Investigação de Polímeros, que faz parte do departamento de Mischa Bonn, identificou uma nova classe de proteínas formadoras de cristais de gelo em fungos inferiores. O estudo mostra que os fungos da família Mortierellaceae utilizam um projeto genético que tem origem nas bactérias. No entanto, ao contrário das bactérias, os fungos utilizam o gene para formar proteínas solúveis em água. Esta adaptação estrutural explica a elevada estabilidade e eficiência da formação de gelo pelos fungos. De acordo com os investigadores, as proteínas fúngicas são promissoras para aplicações no domínio da tecnologia de congelação.
A água congela a 0 °C - pelo menos de acordo com os manuais escolares. Mas, em condições ideais, a água pura permanece líquida até uma temperatura de -40 °C. Basta então um pequeno choque ou uma partícula de pó para que o líquido se transforme abrupta e subitamente em gelo. Alguns tipos de bactérias também são bons formadores de gelo porque produzem proteínas especiais que promovem a congelação a temperaturas próximas dos 0 °C. Por exemplo, as proteínas da bactéria Pseudomonas syringae fazem com que a água congele melhor do que qualquer outro material conhecido. Estas proteínas de nucleação do gelo encontram-se não só em bactérias, mas também em alguns fungos. Enquanto a estrutura das proteínas bacterianas foi bem estudada, a dos fungos permaneceu pouco clara até agora.
A equipa internacional liderada por Konrad Meister do Instituto Max Planck de Investigação de Polímeros descreve pela primeira vez uma nova classe de proteínas de nucleação do gelo da família de fungos Mortierellaceae. Esta família pertence aos fungos inferiores, que também incluem as leveduras. O trabalho foi realizado em colaboração com investigadores do Instituto Max Planck de Química e colegas norte-americanos, incluindo Boris Vinatzer da Virginia Tech.
Para descobrir a estrutura das proteínas dos fungos, os investigadores sequenciaram os genomas de fungos activos no gelo isolados de amostras de água e líquenes recolhidos durante expedições polares anteriores. Ao fazê-lo, descobriram genes estreitamente relacionados com um gene já conhecido de bactérias activas no gelo, como a Pseudomonas syringae: O gene InaZ é o modelo para a produção de proteínas de nucleação do gelo.
Transferência de genes entre espécies
No entanto, durante a análise estrutural, os investigadores descobriram diferenças significativas. Ao contrário das proteínas bacterianas, que têm de ser incorporadas numa membrana para funcionar, as proteínas fúngicas são solúveis em água e invulgarmente estáveis.
Com base em análises filogenéticas - ou seja, análises da origem de um gene - a equipa concluiu que o gene InaZ foi muito provavelmente transferido de bactérias para um antepassado fúngico através de espécies num passado distante. Em vez de desenvolverem a nucleação do gelo de forma independente, os fungos adoptaram uma caraterística altamente eficaz das bactérias e adaptaram-na às suas próprias necessidades fisiológicas.
"É um pouco igual e ao mesmo tempo diferente", diz Rosemary Eufemio, investigadora da Universidade Estatal de Boise, nos EUA. "Os fungos usam a mesma arquitetura de sequências repetitivas que as bactérias para os seus locais de formação de gelo, mas tornaram-nas mais solúveis e estáveis, o que provavelmente beneficia a sua função ecológica."
Para provar que os genes identificados dos fungos são, de facto, o modelo para as proteínas nucleadoras de gelo, a equipa de investigação transferiu dois dos genes identificados para leveduras e bactérias não activas no gelo. Os microrganismos modificados tornaram-se então activos no gelo, o que confirmou a ligação funcional.
Aplicações concebíveis na criopreservação
Para além do significado biológico da descoberta, Konrad Meister, do MPI para a Investigação de Polímeros, também vê aplicações práticas concretas em tecnologias baseadas no congelamento controlado. "As proteínas solúveis nucleadoras de gelo são mais fáceis de isolar, manipular e integrar em formulações e processos tecnológicos do que as ligadas à membrana. Isto abre novas possibilidades para a congelação controlada na criopreservação de células e órgãos, no processamento de alimentos e na produção de neve."
Nucleação do gelo: Propriedades e significado
A capacidade de nucleação do gelo - ou seja, de formar núcleos de gelo de forma direcionada - é de grande importância evolutiva para certos microrganismos. Dá-lhes vantagens de sobrevivência, especialmente na atmosfera. Quando o gelo se forma nas nuvens, as gotículas congeladas caem na terra sob a forma de precipitação. "Isto permite que bactérias e esporos de fungos sejam transportados a longas distâncias e alcancem novos habitats, como superfícies de plantas, solos ou outras regiões geográficas", explica a bióloga e investigadora do sistema terrestre Janine Fröhlich, do Instituto Max Planck de Química.
Um exemplo bem conhecido é a Pseudomonas syringae, que se encontra habitualmente nas folhas das plantas. Ao desencadear a formação de gelo nas células das folhas, provoca danos causados pela geada. Isto provoca a fuga de seiva das plantas, que serve de fonte de nutrientes para as bactérias - por outras palavras, estas danificam deliberadamente a planta para se alimentarem.
Para além disso, as bactérias nucleadoras de gelo têm um significado climático: estão entre os desencadeadores naturais mais eficazes da formação de gelo nas nuvens e podem, assim, influenciar a precipitação, os eventos climáticos e o ciclo global da água.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Rosemary J. Eufemio, Mariah Rojas, Kaden Shaw, Ingrid de Almeida Ribeiro, Hao-Bo Guo, Galit Renzer, Kassaye Belay, Haijie Liu, Parkesh Suseendran, Xiaofeng Wang, Janine Fröhlich-Nowoisky, Ulrich Pöschl, Mischa Bonn, Rajiv J. Berry, Valeria Molinero, Boris A. Vinatzer, Konrad Meister; "A previously unrecognized class of fungal ice-nucleating proteins with bacterial ancestry"; Science Advances, Volume 12
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