Nenápadná půdní houba skrývá překvapivou superschopnost
Jedna zcela obyčejná houba žijící v půdě se ukázala být nositelem mimořádné schopnosti: produkuje bílkovinu, která dokáže bleskově přeměnit vodu v led. Jde o objev, který vědce pořádně překvapil.
Výzkumníci totiž u běžně rozšířené půdní houby identifikovali bílkovinu schopnou spustit krystalizaci vody těsně pod bodem mrazu. Na první pohled může znít jako laboratorní kuriozita, ale důsledky tohoto nálezu mohou být dalekosáhlé – od umělého vyvolávání deště přes uchovávání orgánů až po mraženou pizzu.
Houbová bílkovina jako zárodek ledu
Studii vedli Boris Vinatzer a Xiaofeng Wang z Virginia Tech a zaměřili se na houby z čeledi Mortierellaceae. Tyto organismy obývají půdy po celém světě a dosud je studovali převážně půdní ekologové. Nyní se ukázalo, že mají pozoruhodnou vlastnost: vytvářejí bílkovinu fungující jako takzvané „semínko ledu".
Tato bílkovina plní roli glaciačního jádra. Nabízí jakési startovní místo, na němž se molekuly vody mohou seřadit do struktury ledového krystalu. Díky tomu voda zamrzá již při přibližně -2 stupních Celsia, zatímco čistá voda bez jakéhokoliv podnětu může zůstat kapalná i hluboko pod nulou – jev, který se nazývá přechlazení.
Tam, kde by se čistá voda klidně přechladila daleko pod nulu, houbová bílkovina jakoby prudce zabrzdí a donutí ji okamžitě vytvořit led.
Podobná schopnost byla dosud známá především u některých bakterií, například u Pseudomonas syringae – takzvané „ledové bakterie", která může zhoršovat mrazové poškození plodin. Zásadní novinka spočívá v tom, že nyní byla obdobná vlastnost nalezena i u houby, a to s charakteristikami, které jsou pro praktické využití podstatně výhodnější.
Proč je tato houbová bílkovina pro vědce tak zajímavá
Rozdíly oproti již dříve známým bakteriálním bílkovinám jsou klíčové. U bakterií funguje tvorba ledu správně pouze tehdy, když jsou bílkoviny přichyceny na povrchu živých buněk. To znamená, že je zapotřebí pracovat s kompletními živými bakteriemi – což je zdlouhavé a okamžitě vyvolává otázky ohledně bezpečnosti a regulace.
Houbová bílkovina je naproti tomu plně rozpustná ve vodě a funguje zcela nezávisle na buňce, která ji původně vytvořila. Díky tomu ji lze mnohem snáze:
- čistit v laboratorních podmínkách
- dávkovat v přesně kontrolovaných množstvích
- používat bez nutnosti přítomnosti živých mikroorganismů
- kombinovat se stávajícími technickými systémy
Vědci své výsledky popsali v odborném časopise Science Advances. Pomocí DNA sekvenování a bioinformatiky přesně určili, který gen v houbovém genomu je zodpovědný za produkci této bílkoviny. To otevírá cestu k její výrobě prostřednictvím kvasinek nebo jiných průmyslových mikroorganismů.
Starý genetický výpůjček z bakteriálního světa
Genetická analýza přinesla ještě jedno překvapení. Ukázalo se, že gen zodpovědný za tvorbu ledu původně houbě vůbec nepatřil. Nápadné podobnosti naznačují, že jej houba v dávné minulosti „přejala" od bakterie prostřednictvím takzvaného horizontálního přenosu genů.
Při tomto procesu přeskakuje DNA z jednoho organismu na druhý, aniž by docházelo k rozmnožování. Mezi bakteriemi navzájem je to relativně běžný jev, avšak mezi tak odlišnými skupinami organismů, jako jsou bakterie a houby, se vyskytuje podstatně méně často.
Houba si trik s rychlým zmrazováním vody nevymyslela sama – převzala ho a pak ho po miliony let zdokonalovala.
Podle výpočtů výzkumného týmu k tomuto přenosu pravděpodobně došlo přinejmenším před několika stovkami tisíc let, možná i mnohem dříve. Skutečnost, že si houba gen uchovala tak dlouho, naznačuje, že jí v přírodě skutečně přináší výhodu – například při přežívání v chladném nebo proměnlivém prostředí.
Od mraků po mrazák: možné praktické využití
Ekologičtější vyvolávání deště pomocí biologických ledových jader
Jednou z nejzajímavějších možností využití je takzvané „očkování mraků". Při této metodě se do mraků vpravují látky, které mají podpořit vznik deště nebo sněhu – například nad oblastmi trpícími suchem nebo nad lyžařskými středisky. V současnosti se k tomu nejčastěji používá jodid stříbrný, anorganická látka, ke které mají ekologické organizace dlouhodobě výhrady.
Houbová bílkovina by teoreticky mohla převzít tuto roli jako biologická alternativa. Nechává vodu zamrzat již při slabém mrazu a vychází z organismu, který se přirozeně vyskytuje v půdě po celém světě. Na papíře je tedy podstatně přívětivější k životnímu prostředí i lidskému zdraví než sloučeniny kovů.
Lepší kryokonzervace buněk, tkání a embryí
V medicíně a biotechnologii hraje způsob zamrzání zásadní roli. Při uchovávání krevních buněk, kmenových buněk, materiálu pro léčbu neplodnosti či malých tkání záleží nejen na teplotě, ale i na tom, jak přesně led vzniká. Pokud voda zůstane přechlazená příliš dlouho a zamrzne až pozdě, vznikají velké ostré krystaly.
Ty mohou prorazit buněčné membrány jako střepy a způsobit nenapravitelné poškození. Pokud naopak led vznikne o něco dříve a řízeně, vytvoří se mnohem menší krystaly, které buňky poškozují méně.
Jemným posunutím bodu mrazu výše mohou lékaři a laboratorní technici ovlivnit strukturu ledových krystalů – a právě to rozhoduje mezi životaschopnými a mrtvými buňkami.
Houbová bílkovina by tak mohla sloužit jako pomocný nástroj při optimalizaci mrazicích protokolů ve fertilizačních klinikách, krevních bankách a biobankách. V kombinaci s již používanými kryoprotektivními látkami, jako je glycerol nebo dimethylsulfoxid, by vznikl mnohem přesněji řiditelný systém.
Jemnější zmrzlina, kvalitnější chléb a méně poškozených potravin v mrazáku
I v potravinářském průmyslu hraje velikost ledových krystalů ústřední roli. Velké krystaly způsobují tvrdou, zrnitou zmrzlinu, houbovitý chléb po rozmrazení a poškozenou strukturu zeleniny. Jemné krystaly naopak zajišťují krémovou texturu a lépe zachovávají strukturu výrobků.
Výrobci by mohli houbovou bílkovinu využít k tomu, aby během mrazení krystaly vznikaly dříve a rovnoměrněji. To by mohlo vést k:
- krémovější zmrzlině bez přidaného tuku nebo cukru
- lepší kvalitě mražených pekárenských výrobků po rozmrazení
- šetrnějšímu zmrazování zeleniny a dalších potravin
- celkovému zlepšení kvality mražených produktů
