¿UNA PROTEÍNA ANTICONGELANTE QUE CONGELA?
CIENCIA UANL / AÑO 22, No.98 noviembre-diciembre 2019
¿Alguna vez has escuchado a un adulto preocupado porque ya viene el frío y su auto no tiene anticongelante? ¿Te has preguntado cómo hacen los animales que viven en el hielo para no helarse? Seguramente usan una muy buena marca de antirefrigerante, no es cierto, la verdad es que la anticongelación es el modo que tiene la vida de sobrevivir a los inviernos fríos: proteínas naturales anticongelantes ayudan a los peces, los insectos, las plantas e incluso a las bacterias a vivir en las bajas temperaturas que, de otro modo, transformarían sus partes líquidas en mortales esquirlas de hielo.
Curiosamente, en condiciones muy frías, las mismas proteínas pueden también estimular el crecimiento de cristales de hielo. Ésta fue la conclusión de los experimentos realizados en Israel y Alemania con proteínas extraídas de peces y escarabajos. Los resultados de este estudio, publicado recientemente en The Journal of Physical Chemistry Letters, podrían ser útiles para comprender los procesos básicos de la formación de hielo.
Las proteínas anticongelantes no evitan la formación de hielo desde el primer momento. Se colocan alrededor de diminutos cristales de hielo envolviéndolos (los núcleos que crean el “molde” para que crezcan cristales de hielo mayores) y detienen su crecimiento. Por ejemplo, las larvas del gusano de la harina tienen estas proteínas en su capa externa para protegerse del hielo, que podría romper su frágil piel.
Los investigadores querían comparar las proteínas anticongelantes con las proteínas naturales que estimulan el crecimiento de cristales de hielo. Se sabe que en algunas bacterias, por ejemplo, crecen cristales de hielo afilados que acaban rompiendo la piel de los tomates maduros. Aunque antes se creía que estos dos tipos de proteínas eran muy distintos, en estudios científicos anteriores se ha sugerido que son más similares de lo que se creía. La premisa básica se basó en la idea de que las proteínas anticongelantes tienen una zona activa que puede unirse al hielo, y una zona de unión puede ayudar a la formación de un núcleo de hielo inicial con el potencial para convertirse en un cristal de hielo. El problema era que, hasta ahora, casi no existía forma de aislar realmente la acción de estas moléculas biológicas.
Este estudio fue dirigido por el profesor Thomas Koop, de la Universidad de Bielefeld, Alemania, quien colaboró con el grupo del profesor Ido Braslavsky, de la Universidad Hebrea de Jerusalén y el profesor Yinon Rudich, del Instituto Weizmann de Ciencias, en Israel. El estudio pudo realizarse gracias a un dispositivo desarrollado en el grupo del profesor Yinon Rudich al que llamaron WISDOM (Weizmann Supercooled Droplets Observation on a Microarray) [Observación Weizmann de gotitas superenfriadas en una micromatriz]. El dispositivo microfluídico tiene canales del tamaño de una micra y trampas de gotitas que permitieron a los investigadores capturar microgotitas de agua ultrapura en cada esquirla. Después añadieron cantidades cuidadosamente medidas de proteínas anticongelantes purificadas provenientes de larvas de gusano de la harina o de un pez que vive en el Ártico durante todo el año.
Una vez añadidas las proteínas anticongelantes a las gotitas, fueron enfriadas a temperaturas de refrigeración. El agua siguió siendo líquida, aunque ya se había enfriado por debajo del punto de congelación normal (es decir, superenfriado), en parte porque carecía de las impurezas que normalmente hacen que el agua se convierta en cubitos de hielo a 0°. Así, el hielo sólo se formó en las muestras cuando la temperatura del agua estuvo por debajo de -30°. Esta configuración permitió al grupo estar seguro de que toda actividad de formación o de prevención de hielo se debía solamente a la acción de las proteínas.
Mientras que en las microgotitas de agua pura, sin nada añadido, el hielo se empezó a formar a alrededor de -38.5°. En aproximadamente la mitad de las muestras con proteínas anticongelantes los cristales de hielo se empezaron a formar a una temperatura más alta, cerca de -34°. En otras palabras, a ciertas temperaturas, extremas pero no desconocidas en la Tierra, lo que es anticongelante se convierte en estimulante de la congelación e inicia el crecimiento de cristales de hielo (fuente: Instituto Weizmann de Ciencias).