Nenápadná půdní houba skrývá překvapivou superschopnost
Všední půdní houba, kterou by většina lidí přehlédla, ukrývá něco nečekaného: bílkovinu schopnou proměnit vodu v led bleskovou rychlostí.
Vědci objevili u běžné půdní houby bílkovinu, která dokáže způsobit krystalizaci vody těsně pod bodem mrazu. Na první pohled to zní jako laboratorní kuriozita, ale ve skutečnosti může mít tento objev dalekosáhlé důsledky — od umělého vyvolávání srážek až po uchovávání orgánů či mražené pizzy.
Houbová bílkovina, která spustí zamrzání okamžitě
Výzkum vedli Boris Vinatzer a Xiaofeng Wang z Virginia Tech. Zaměřili se na houby z čeledi Mortierellaceae, jež obývají půdy po celém světě a dosud přitahovaly pozornost převážně půdních ekologů. Nyní se ukázalo, že tyto organismy produkují bílkovinu chující se jako tzv. „zárodek ledu".
Tato bílkovina funguje jako glaciační jádro — poskytuje vodním molekulám jakýsi startovní můstek, na kterém se mohou uspořádat do ledového krystalu. Díky tomu voda zamrzne přibližně při -2 stupních Celsia, zatímco čistá voda bez jakéhokoli podnětu může zůstat kapalná i hluboko pod nulou. Tento jev se nazývá přechlazení.
Tam, kde přechlazená voda klidně čeká na impuls, houbová bílkovina zatáhne za záchrannou brzdu a donutí ji okamžitě vytvořit led.
Podobná schopnost byla dříve známa u některých bakterií, například u Pseudomonas syringae — proslulé „ledové bakterie", která může zhoršovat mrazové poškození plodin. Novinkou je, že tatáž vlastnost byla nyní nalezena u houby, přičemž její praktické uplatnění se jeví jako mnohem výhodnější.
Proč tato houbová bílkovina tak zajímá vědce
Klíčový rozdíl oproti dříve známým bakteriálním bílkovinám spočívá v jejich fungování. U bakterií totiž tvorba ledu funguje spolehlivě pouze tehdy, když jsou bílkoviny přichyceny na povrchu živých buněk. Jinými slovy — potřebujete celé živé bakterie, což je nepraktické a okamžitě vyvolává otázky bezpečnosti a regulace.
Houbová bílkovina je naopak zcela rozpustná ve vodě a funguje nezávisle na buňce, která ji kdysi vyprodukovala. To ji činí podstatně snadněji využitelnou:
- čistit v laboratorních podmínkách
- dávkovat v přesně kontrolovaném množství
- používat bez živých mikroorganismů
- integrovat do stávajících technických systémů
Výsledky výzkumu byly zveřejněny v časopise Science Advances. Pomocí sekvenování DNA a bioinformatiky vědci přesně identifikovali gen v houbovém genomu, který za výrobu této bílkoviny odpovídá. To otevírá cestu k její produkci prostřednictvím kvasinek nebo jiných průmyslových mikroorganismů.
Prastarý genetický dar ze světa bakterií
Genetická analýza přinesla ještě jedno překvapení. Ukázalo se, že gen zodpovědný za tvorbu ledu původně vůbec nepocházel od samotné houby. Nápadné podobnosti naznačují, že byl v dávné minulosti „vypůjčen" od bakterie prostřednictvím takzvaného horizontálního přenosu genů.
Při tomto procesu přeskočí DNA z jednoho organismu na druhý, aniž by docházelo k rozmnožování. Mezi bakteriemi navzájem je to relativně běžné, ale mezi tak vzdálenými skupinami, jako jsou bakterie a houby, se to stává jen výjimečně.
Houba si trik se zmrazováním vody nevymyslela sama — převzala ho a poté zdokonalovala po miliony let.
Podle výpočtů výzkumného týmu k tomuto přenosu pravděpodobně došlo přinejmenším před několika sty tisíci lety, možná i mnohem dříve. Skutečnost, že houba gen po tak dlouhou dobu uchovala, naznačuje, že jí v přírodě skutečně přináší výhodu — například při přežívání v chladném nebo proměnlivém prostředí.
Od mraků po mrazák: možné využití objevu
Ekologičtější vyvolávání srážek pomocí biologických ledových jader
Jednou z nejzajímavějších oblastí využití je tzv. očkování mraků. Jde o metodu, při níž se do mraků vpravují látky stimulující srážky nebo sněžení, například nad oblastmi trpícími suchem nebo nad lyžařskými středisky. Meteorologové k tomu dnes běžně používají jodid stříbrný — anorganickou látku, k níž mají ekologické organizace dlouhodobě výhrady.
Houbová bílkovina by teoreticky mohla převzít tuto roli jako biologická alternativa. Způsobuje zamrzání vody již při mírném mrazu a pochází z organismu, který se přirozeně vyskytuje v půdě po celém světě. Na papíře je tedy výrazně šetrnější k životnímu prostředí i lidskému zdraví než sloučeniny kovů.
Kvalitnější kryokonzervace buněk, tkání a embryí
V medicíně a biotechnologii hraje způsob zamrzání zásadní roli. Při uchovávání krevních buněk, kmenových buněk, materiálu pro plodnost nebo malých tkání záleží nejen na teplotě, ale i na tom, jak přesně led vzniká. Pokud voda zůstane přechlazená příliš dlouho a zamrzne pozdě, tvoří se velké, ostré krystaly.
Tyto hrubé krystaly mohou prorazit buněčné membrány jako střepy a způsobit nevratné poškození. Pokud naopak led vznikne o něco dříve a řízeně, tvoří se mnohem menší krystaly, které buňky poškozují méně.
Jemným posunutím bodu mrazu nahoru mohou lékaři a laboratorní technici ovlivnit strukturu ledových krystalů — a právě to rozhoduje mezi životaschopnými a mrtvými buňkami.
Houbová bílkovina by se tak mohla stát nástrojem pro optimalizaci mrazicích protokolů ve fertilních klinikách, krevních bankách a biobankách. V kombinaci se stávajícími kryoprotektivními látkami, jako je glycerol nebo dimethylsulfoxid, by vznikl výrazně přesnější a lépe ovladatelný systém.
Krémovější zmrzlina, lepší pečivo a méně škod v mrazáku
Také v potravinářském průmyslu hraje velikost ledových krystalů klíčovou roli. Velké krystaly způsobují tvrdou a zrnitou zmrzlinu, houbovité pečivo po rozmrazení a narušenou strukturu zeleniny. Jemné krystaly naopak zajišťují krémovou texturu a lépe zachovávají strukturu potravin.
Výrobci by mohli houbovou bílkovinu využít k tomu, aby se krystaly při mražení tvořily dříve a rovnoměrněji. To by mohlo vést k:
- krémovější zmrzlině bez přidaného tuku nebo cukru
- lepší konzistenci mraženého pečiva po rozmrazení
- šetrnějšímu zachování struktury mražené zeleniny a hotových jídel
