Una proteína fúngica que congela el agua a tan solo -2 grados
Un equipo de investigación internacional liderado por Boris Vinatzer y Xiaofeng Wang, de la Universidad de Virginia Tech, ha identificado una proteína extraordinaria en hongos de la familia Mortierellaceae. Estos hongos están presentes de forma masiva en suelos de todo el planeta. Se trata de una proteína nucleadora de hielo: una molécula capaz de desencadenar la formación de cristales de hielo en cuanto la temperatura cae apenas por debajo de cero, en torno a los -2 grados Celsius.
En condiciones normales, el agua muy pura puede permanecer líquida bastante por debajo de su punto de congelación. Sin partículas ni imperfecciones que sirvan de punto de apoyo, las moléculas se resisten a solidificarse, a veces incluso a temperaturas muy negativas. Los físicos denominan este fenómeno subenfriamiento. La proteína del hongo rompe esa resistencia actuando como un andamiaje perfecto sobre el que las moléculas de agua se organizan para formar un cristal de hielo.
Esta proteína fúngica funciona como un motor de arranque para el hielo: le da al agua el empujón necesario para que se congele.
Proteínas similares ya se conocían en ciertas bacterias, como Pseudomonas syringae, ampliamente utilizada en laboratorios como organismo modelo por su fuerte influencia sobre la formación de hielo. La gran novedad de la variante fúngica es que puede actuar de manera completamente independiente de la célula que la produce.
Por qué esta proteína fúngica es tan especial
En las bacterias, toda la superficie celular viva debe participar para que el agua se congele. Las proteínas están ancladas a la membrana celular y solo funcionan en ese contexto, lo que hace que su uso a gran escala sea complicado y costoso. La proteína de Mortierellaceae opera de forma diferente: es muy soluble en agua y actúa perfectamente en solución, sin necesidad de estar unida a ninguna célula.
- No necesita estar fijada a una célula para inducir la formación de hielo.
- Actúa ya a temperaturas ligeramente negativas, alrededor de -2 grados.
- Puede incorporarse en principio a sistemas acuosos como nieblas artificiales, alimentos o medios de conservación.
Estas características la hacen mucho más práctica para aplicaciones fuera del laboratorio. En teoría, podría filtrarse, concentrarse y añadirse a cualquier proceso donde se desee una congelación controlada.
Los investigadores publicaron sus resultados en la revista Science Advances. Mediante secuenciación de ADN y bioinformática, localizaron el gen que codifica esta proteína en el material genético del hongo. Eso sienta las bases para producirla a gran escala mediante biotecnología, por ejemplo utilizando levaduras u otras células de producción.
Una herencia genética antiquísima procedente de una bacteria
El análisis genético reveló algo sorprendente: ese gen en realidad no pertenece al genoma original del hongo. Todo apunta a que fue transferido por una bacteria hace mucho tiempo a través de lo que se conoce como transferencia horizontal de genes, un proceso por el cual el ADN salta entre especies que no guardan parentesco entre sí.
Según los cálculos y las comparaciones con otros genomas, ese "regalo genético" ocurrió probablemente hace cientos de miles, o quizás millones, de años. Desde entonces, el hongo conservó y adaptó ese gen, lo que indica claramente que la característica le otorgó una ventaja real en la competencia por sobrevivir en el suelo.
Los hongos demuestran ser no solo recicladores de materia orgánica muerta, sino también inteligentes recolectores de genes útiles de su entorno.
La transferencia horizontal de genes entre grupos de organismos tan distintos no es algo cotidiano, pero tampoco una excepción aislada. Ilustra hasta qué punto el material hereditario de los hongos puede ser flexible. En lugar de desarrollar desde cero una proteína compleja, este organismo tomó una solución ya existente del mundo bacteriano y la transformó en su propia herramienta.
De provocar lluvia artificial a conservar órganos
Las implicaciones prácticas de este hallazgo abarcan campos muy diversos. El equipo identifica tres grandes áreas donde esta proteína podría transformar las cosas: la modificación del clima, la conservación médica y la tecnología alimentaria.
Técnicas más ecológicas para provocar lluvia artificial
En la lluvia artificial, también conocida como cloud seeding, se introducen partículas en las nubes para acelerar la formación de gotas de lluvia o copos de nieve. Actualmente esto se hace con sustancias químicas como el yoduro de plata, un método que lleva años generando dudas sobre su impacto ambiental y su coste.
Una proteína biológica capaz de formar cristales de hielo en pequeñísimas cantidades podría ofrecer una alternativa viable. En teoría, microgotas con esta proteína fúngica podrían dispersarse en las nubes para que el agua cristalice más rápidamente. Cuando esos cristales crecen y ganan peso, caen como nieve o lluvia.
Entre las ventajas que los investigadores contemplan:
- Biodegradable y potencialmente menos tóxico que los metales pesados actuales.
- Aplicable de forma dirigida en sistemas de nubes específicos.
- Posible huella ecológica inferior a la de los métodos convencionales.
La regulación sobre modificación del clima es estricta en muchos países. Para su uso a gran escala se necesitarían años de pruebas sobre seguridad, dispersión y posibles efectos climáticos no deseados.
Mejor protección de células, tejidos y embriones
En medicina, reproducción asistida y biotecnología, la criopreservación —el proceso refinado de congelar células vivas, tejidos y embriones— es fundamental. El principal riesgo son los grandes cristales de hielo, que rompen las membranas celulares y dañan estructuras delicadas como el ADN y las proteínas.
Controlar con precisión el momento y la forma en que se produce la congelación reduce el daño del hielo y aumenta la probabilidad de que las células sobrevivan al proceso.
Al provocar la congelación del agua que rodea a las células a temperaturas algo más altas, se generan más cristales pero de menor tamaño. Estos son menos agresivos y suelen causar menos daño. La proteína fúngica podría actuar como "iniciador de hielo" en medios de conservación para:
- Células madre de sangre y células de inmunoterapia.
- Óvulos y embriones en clínicas de fertilidad.
- Tejidos sensibles destinados a investigación de trasplantes.
El gran desafío es que esa proteína debe ser extraordinariamente pura, estable e inocua. Cualquier rastro de contaminación o reacción no deseada en el organismo humano representa un riesgo. Las aplicaciones clínicas quedan, por tanto, todavía lejos, aunque la técnica funcione bien en el laboratorio.
Estructuras de hielo más suaves en productos congelados
La industria alimentaria también observa este avance con gran interés. La estructura del hielo en productos como el helado, las verduras o la carne influye decisivamente en cómo el consumidor percibe la calidad. Los cristales grandes generan una sensación granulosa y dura en boca, y pueden deteriorar la textura del producto.
Una congelación controlada y temprana, con muchos cristales pequeños, puede lograr:
- Helados más cremosos y con menos "agujas de hielo".
- Mejor conservación de la textura en frutas y verduras.
- Menor pérdida de líquido al descongelar carnes y pescados.
Los fabricantes deberán garantizar que la proteína no provoca reacciones alérgicas y que mantiene su función durante la producción, el transporte y el almacenamiento. El etiquetado y la aceptación por parte del consumidor también juegan un papel importante: mucha gente desconfía de proteínas desconocidas en sus alimentos, aunque lleven siglos presentes en la naturaleza.
La producción a gran escala sigue siendo el mayor obstáculo
Por ahora, los investigadores solo pueden aislar la proteína en cantidades relativamente pequeñas. Para su uso práctico se necesitan volúmenes completamente diferentes: kilos por año para aplicaciones alimentarias o de criopreservación rutinaria, y posiblemente mucho más para usos meteorológicos.
La vía más lógica es la producción biotecnológica:
- Introducir el gen en un microorganismo de fácil cultivo, como una levadura.
- Usar grandes tanques de fermentación para que ese organismo produzca la proteína.
- Purificar, concentrar y formular la proteína a partir del caldo de cultivo.
Surgen entonces preguntas clave: ¿se mantiene intacta la estructura de la proteína?, ¿tiende a agregarse?, ¿cuánto tiempo conserva su actividad durante el almacenamiento? Solo cuando esas incógnitas se resuelvan y los costes disminuyan, la aplicación a escala industrial o climática empezará a ser una realidad seria.
Cómo funciona exactamente la formación de hielo y por qué importa
Las moléculas de agua están en constante movimiento. A temperaturas más altas, chocan con tanta energía que no pueden mantener ninguna estructura sólida. A medida que baja la temperatura, se mueven más lentamente y pueden organizarse en la característica red hexagonal del hielo. Sin embargo, ese proceso solo funciona bien si existe un punto de partida, como partículas de polvo, minerales o proteínas especializadas.
Ese primer paso se llama nucleación: un minúsculo grupo de moléculas de agua que ya adopta una estructura de hielo. A partir de ahí, el cristal crece rápidamente. Al controlar la nucleación con proteínas como la de Mortierellaceae, es posible determinar cuándo se forman esos cristales y en qué cantidad. Muchos cristales pequeños generan propiedades muy distintas a las de unos pocos cristales grandes.
En procesos tecnológicos, esto tiene implicaciones en múltiples frentes. En redes energéticas se estudia el almacenamiento de frío y calor mediante cambios de fase del agua. En agricultura y fruticultura, los investigadores exploran tratamientos foliares que limiten los daños por heladas dirigiendo la formación de hielo de manera controlada. Esta proteína fúngica encaja perfectamente en ese creciente arsenal de herramientas para la gestión del hielo.
Para quienes trabajan en laboratorio con cultivos celulares o muestras biológicas, el impacto práctico es inmediato. Un proceso de congelación más estable y predecible puede ahorrar tiempo y dinero, a la vez que aumenta las probabilidades de que muestras valiosas salgan intactas del congelador. Si este hongo del suelo comparte finalmente su poder glacial con nuestra tecnología, el beneficio alcanzará no solo a la ciencia, sino también a la atención al paciente, a la agricultura y quizás hasta al sabor de un simple tarro de helado.
