Hackeo biológico: el ADN robado que fabrica hielo y lluvia

Las proteínas nucleadoras de hielo (INpro) en los hongos ayudan a que el agua se congele más fácilmente. Fotografía del Instituto Max Planck de Investigación de Polímeros

Por Luz Micelio

Descubren en hongos unas proteínas “herederas” de bacterias que congelan agua de forma sorprendentemente eficiente

Un estudio publicado en Science Advances revela que ciertos hongos del suelo poseen proteínas nucleadoras de hielo con origen bacteriano, capaces de inducir la congelación a temperaturas cercanas a los 0 °C, sin necesidad de estar ancladas a membranas celulares.

Científicos de diversas instituciones han identificado una clase previamente desconocida de proteínas en hongos de la familia Mortierellaceae que promueven la formación de hielo de manera altamente eficiente. Estas proteínas, que bautizaron como INpros fúngicas, son estructuralmente muy parecidas a las que utilizan bacterias como Pseudomonas syringae para provocar heladas en las plantas, pero con una diferencia clave: funcionan de forma independiente, libres en el medio ambiente, sin necesidad de estar pegadas a una membrana.

Un legado bacteriano adaptado por hongos

Mediante secuenciación genómica y análisis filogenético, los investigadores descubrieron que los genes que codifican estas proteínas en hongos son ortólogos del gen bacteriano InaZ, es decir, versiones heredadas de un antepasado bacteriano. Todo apunta a que un hongo primitivo adquirió este gen mediante transferencia horizontal genética (intercambio de ADN entre especies muy distintas) y luego lo adaptó a sus propias necesidades evolutivas.

“Los hongos Mortierellaceae cooptaron un sistema bacteriano de nucleación de hielo y lo rediseñaron para que funcione de forma soluble, sin membrana”, explican los autores.

Análisis comparativo de las proteínas INpro fúngicas y bacterianas. (A) Mapa esquemático de dominios de MoINpro, EnINpro, PPoINpro y PsINpro, que resalta las regiones conservadas y variables. (B y C) Gráficos de WebLogo de las primeras 33 y las últimas 7 repeticiones de 16 residuos en el dominio CRD de EnINpro, que ilustran la conservación de la secuencia. La altura total de la pila refleja el grado de conservación, mientras que la altura de cada letra representa la frecuencia relativa de cada aminoácido en esa posición. (D) Modelos AlphaFold3 de MoINpro, EnINpro, PPoINpro y PsINpro con las características hebras β del dominio CRD. Los modelos están coloreados según los diferentes dominios y corresponden a los mostrados en (A).

¿Cómo logran congelar el agua?

Estas proteínas adoptan una forma estructural llamada β-solenoide, que crea una superficie alargada y rígida ideal para ordenar moléculas de agua y facilitar la formación de cristales de hielo. Aunque son más pequeñas que sus contrapartes bacterianas, pueden agruparse en multimers (trímeros, tetrámeros o pentámeros) para formar superficies casi cuadradas, lo que optimiza su capacidad de nucleación.

Usando modelos computacionales y experimentos de congelación de gotas, los científicos lograron predecir que:
• Un tetrámero de estas proteínas congela a unos -5.9 °C.
• Un pentámero puede hacerlo incluso a -5.6 °C, una temperatura notablemente alta para un nucleador biológico no bacteriano.

Experimentos clave: funcionan en levaduras y bacterias

Para confirmar que estos genes realmente codifican proteínas congelantes, los investigadores introdujeron los genes fúngicos en levaduras (Saccharomyces cerevisiae) y en bacterias Escherichia coli, organismos que normalmente no congelan el agua. El resultado fue rotundo: ambas especies adquirieron la capacidad de nucleación de hielo, elevando su temperatura de congelación desde los -26 °C hasta valores cercanos a los -7 °C.

Implicaciones ambientales y tecnológicas

El hallazgo no es solo una curiosidad de laboratorio. Estas proteínas son extraordinariamente estables: resisten cambios extremos de pH, temperaturas elevadas, ciclos de congelación-descongelación y tratamientos que rompen membranas. Esto sugiere que, si son liberadas al ambiente (por ejemplo, desde el suelo o desde hongos que crecen en nubes), podrían estar influyendo en la formación de hielo atmosférico y en las precipitaciones, un papel que hasta ahora se atribuía casi exclusivamente a bacterias.

Además, su capacidad para funcionar sin membranas y a concentraciones muy bajas (picomolares) abre la puerta a aplicaciones biotecnológicas, como:
• Crioconservación más precisa de tejidos y órganos.
• Fabricación artificial de nieve más eficiente.
• Posible uso en siembra de nubes para modificar el clima.

Lo que falta por saber

Aunque los modelos por inteligencia artificial (AlphaFold3) predicen estructuras muy detalladas de estas proteínas, los investigadores señalan que aún se necesitan experimentos a resolución atómica para confirmar los mecanismos exactos de ensamblaje y agregación. También queda por investigar si otros hongos, como Fusarium, utilizan sistemas diferentes, ya que en este estudio no encontraron proteínas similares en ellos.

Este descubrimiento no solo reescribe parte de la historia evolutiva de la congelación biológica, sino que nos entrega herramientas moleculares inspiradas en la naturaleza para controlar el hielo de formas antes impensables. Los hongos del suelo, tan comunes como ignorados, resultan ser arquitectos del frío gracias a un gen que robaron a las bacterias hace millones de años.

⇒ Referencia: A previously unrecognized class of fungal ice-nucleating proteins with bacterial ancestry

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