Para muchos es un misterio cómo los insectos logran sobrevivir al invierno, pues, tomando en cuenta que no tienen capas gruesas de pelo para mantener el calor, como los mamíferos, resulta difícil imaginarse cómo evitan convertirse en un trozo de hielo. La respuesta gira en torno a las proteínas anticongelantes.

En este sentido, los insectos tienen proteínas anticongelantes que evitan que sus cuerpos se conviertan en hielo. La existencia de este tipo de proteínas es bien conocida, sin embargo, los mecanismos que rigen este proceso de supervivencia no han sido fáciles de develar.

Es así como, a partir de una investigación realizada por científicos de la Universidad de Utah y de la Universidad de California, en San Diego, es posible comprender el funcionamiento del mecanismo anticongelante asociado a estas proteínas.

Las proteínas anticongelantes evitan que el agua se congele al rodearla y al unirse rápidamente a pequeños cristales de hielo. Sin otro mecanismo de coerción, los cristales de hielo actúan como una semilla, congelando las moléculas que se encuentran a su alrededor.

No obstante, según se cree, el anticongelante detiene este proceso al desarrollar una capa de agua similar al hielo cerca del sitio de la proteína que se une a la superficie congelada. Respecto a esto, la dificultad radica en lograr aislar estas pequeñas regiones a partir de métodos experimentales.

Para lograrlo, los investigadores analizaron el proceso en una clase de escarabajos llamados Tenebrio Molitor, usando modelos teóricos a diferentes resoluciones de espacio tiempo, aplicándolos en el agua que se acerca a una superficie de hielo.

De esta manera, Valeria Molinero, una Profesora de Química, junto a su aspirante a Doctorado, Arpa Hudait, lograron observar cómo la proteína anticongelante caía con lentitud sobre la superficie de hielo, descubriendo que, para adherirse a este, lo único que necesitaba la molécula era estar paralela a la superficie.

Sorprendentemente, no se observó otro proceso más complejo, sobre lo que Hudait expone:

“El lento movimiento de la proteína anticongelante para situarse de forma paralela a la superficie del hielo, es seguido, inmediatamente, por una rápida reorientación del agua cercana para unir la proteína al hielo”.

En otras palabras, la unión de muchas proteínas anticongelantes a los cristales de hielo representa un impedimento a que otras moléculas se cristalizasen en el cuerpo de los escarabajos. No obstante, los métodos de Molinero no eran tan precisos como para hacer predicciones respecto a cómo se vería en evento con instrumentos espectroscópicos.

Para esto, recibieron apoyo de Francesco Paesani y Daniel Moberg, quienes se encargaron del cálculo de los espectros infrarrojos con una precisión nunca antes vista. Así, determinaron la señal de las estructuras que anclan la proteína a la superficie de hielo, llamadas clatratos.

De acuerdo a los investigadores, estos resultados abren la posibilidad de entender, en mayor medida, las proteínas de nucleación de huelo en la atmósfera, encargadas de la tarea opuesta, pues son responsables de la formación de cristales en las nubes.

Adicionalmente, concluyen los investigadores, que el descubrimiento abre paso al desarrollo de otros mecanismos anticongelantes que pueden aplicarse a campos que van desde la preservación de órganos donados, hasta la descongelación de carreteras; por lo que la línea de investigación abre paso a otros estudios que permitan comprender en mayor profundidad este proceso.

Referencia: Preordering of water is not needed for ice recognition by hyperactive antifreeze proteins. https://doi.org/10.1073/pnas.1806996115