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El nuevo estudio se centró en las proteínas anticongelantes del escarabajo gusano de la harina, nullTenebrio molitornull.
nullEs suficiente con que la proteína se posicione sobre el hielo en la configuración adecuada y luego se pega muy rápidonull, explicó Molinero.
Las larvas del escarabajo nullTenebrio molitornull, los gusanos de la harina, son alimento de aves y se los utiliza como cebos de pesca.
Podrían utilizarse en el futuro proteínas anticongelantes sintéticas para diseñar alas de aviones libres de hielo.

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La estrategia de los insectos para no congelarse que ayudó a revelar una científica argentina

¿Cómo logran los insectos sobrevivir los duros inviernos del hemisferio norte? Ya se sabía que producen proteínas anticongelantes pero no como funcionaban. Entender el mecanismo este clave para aplicaciones futuras en áreas que van desde la medicina hasta el diseño de aviones.
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20 de julio de 2018 a las 15:01

Los insectos no tienen capas de pelo para protegerse del frío como otros animales .

Escarabajo gusano de la harina, Tenebrio molitor
Science Photo Library
El nuevo estudio se centró en las proteínas anticongelantes del escarabajo gusano de la harina, nullTenebrio molitornull.

Pero tienen algo igualmente efectivo: proteínas anticongelantes.

La existencia de estas proteínas, que evitan que el hielo se forme y esparza en el cuerpo de los insectos, se conocía desde hace décadas. Pero no se sabía como funcionaban.

Un nuevo estudio de la Universidad de Utah y la Universidad de San Diego en Estados Unidos reveló cómo actúan estas proteínas que podrían tener aplicaciones en áreas que van desde la medicina hasta el diseño de aviones.

Estrategias de los insectos

nullComo los insectos no pueden controlar su temperatura corporal, usan dos estrategias para evitar la formación de hielonull, le dijo a BBC Mundo la científica argentina Valeria Molinero, profesora de química de la Universidad de Utah y una de las autoras del nuevo estudio publicado en la revista de la Academia de Ciencias de Estados Unidos, Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ilustración que muestra la proteína anclándose a la superficie del hielo
PNAS
nullEs suficiente con que la proteína se posicione sobre el hielo en la configuración adecuada y luego se pega muy rápidonull, explicó Molinero.

nullUna estrategia es la producción de azúcares para formar mezclas muy viscosas que no pueden formar hielo, sino que forman vidriosnull.

Deshidratarse y producir azúcares para vitrificarse es un mecanismo de hibernación, explicó Molinero.

nullLa otra estrategia es la producción de proteínas que se pegan a los cristalinos de hielo cuando son pequeños y no los dejan crecernull.

Escarabajo

La existencia de proteínas anticongelantes en insectos y otros organismos (por ejemplo, en peces de zonas polares) se conoce desde hace décadas, aunque nuevas proteínas anticongelantes se siguen descubriendo en nuevos organismos, señaló la científica.

nullSin embargo, era un misterio cómo estas proteínas reconocían el hielo, ya que las interacciones moleculares con el agua y el hielo son muy parecidasnull.

nullSe había propuesto que, para reconocer el hielo, las proteínas anticongelantes de insectos organizaban el agua alrededor de ellas en solución para que adopte una estructura como la del hielo. Y que luego el hielo alrededor de la proteína se pegaba al hielo, y así se reconocíannull.

Sin embargo, según Molinero, esta hipótesis nunca se había testado.

La científica argentina y su estudiante de doctorado, Arpa Hudait, usaron modelos computacionales que representan las proteínas, el agua y el hielo con resolución molecular.

Y su estudio se centró en las proteínas anticongelantes del escarabajo gusano de la harina, Tenebrio molitor.

nullInvestigamos cómo es que la proteína reconoce y se pega al hielo. Lo que encontramos es que la proteína no necesita organizar el agua antes de pegarse. Es suficiente con que la proteína se posicione sobre el hielo en la configuración adecuada, y luego se pega muy rápidonull.

nullComo un almohadónnull

Molinero explicó que las proteínas anticongelantes nullse pegan fuertemente al hielo. Eso hace que cuando la temperatura baja y el hielo quiere crecer, la superficie de los cristales desarrolla curvatura -como un almohadón al que se le colocan encima piedras que se hunden- formando una superficie curvanull.

nullEso hace que el hielo tenga más superficie expuesta al agua líquida que lo que tendría si la superficie fuera plana. Ese exceso de interfaz entre agua y hielo desestabiliza a los cristales, impidiéndoles crecernull.

Esto permite de acuerdo a la investigadora que los insectos puedan vivir sin que toda el agua en su organismo se congele, aunque pueden tener pequeños cristalinos de hielo, lo que no sería letal.

Simulaciones

La especialidad de Molinera, quien vive desde hace casi 18 años en Estados Unidos, es la química física computacional y la simulación de hielo a diferentes escalas.

nullEn las simulaciones moleculares los científicos hacen el experimento en forma virtual, en computadorasnull, explicó la investigadora a BBC Mundo.

Petirrojo con un gusano de la harina en el pico
Science Photo Library
Las larvas del escarabajo nullTenebrio molitornull, los gusanos de la harina, son alimento de aves y se los utiliza como cebos de pesca.

nullSe construye un modelo de las moléculas, en ese caso, las proteínas y el agua. El modelo indica cual es la fuerza de atracción y repulsión entre cada átomo de las moléculas en función de la distancia entre las moléculasnull, dijo.

nullLos programas de simulación molecular usan esas fuerzas para mover las moléculas, usando relaciones entre fuerza y aceleración (mecánica newtoniana)null.

nullUsando esas relaciones, la computadora predice cómo las moléculas se mueven, y esa trayectoria de todas las moléculas en función del tiempo es lo que nosotros analizamos para entender el mecanismo molecularnull.

Medicina y aviones

Pero ¿por qué es importante copiar algún día el mecanismo de las proteínas anticongelantes?

Futuras aplicaciones en diversas áreas podrían incluir desde la preservación de órganos para trasplantes hasta el diseño de alas de aviones libres de hielo.

Parte inferior de un avión sobre una pista
Getty Images
Podrían utilizarse en el futuro proteínas anticongelantes sintéticas para diseñar alas de aviones libres de hielo.

nullLa importancia de nuestro descubrimiento es que nos permite entender qué elementos son importantes para diseñar moléculas sintéticas que cumplan la misma función que las proteínas anticongelantes pero se puedan optimizar -en costo y función- para aplicaciones especificasnull, afirmó Molinero.

nullExiste un mercado potencial para anticongelantes basado en el mismo mecanismo, pero si no se comprende el mecanismo, es difícil definir y optimizar las moléculasnull, concluyó.


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