Vědci objevili nové vlastnosti vody v chladu, pomůže to i kryoprezervaci

Mezinárodní tým výzkumníků objevil nové vlastnosti vody při extrémně nízkých teplotách, což by mohlo zásadně ovlivnit obory od uchovávání biologických vzorků až po potravinářský průmysl. Vědci z několika zemí spolupracovali na výzkumu, při kterém využili speciální zařízení australské organizace ANSTO (Australian Nuclear Science and Technology Organisation), jež umožňuje sledovat chování vody na velmi jemné, molekulární úrovni.

Výsledky studie byly publikovány v prestižním časopise Nature Communications, což potvrzuje jejich vědeckou váhu a relevanci pro širší odbornou komunitu. Podle autorů výzkumu jde o poznatky, které dosud unikaly pozornosti především proto, že se týkají vody v podmínkách, kdy je prostorově omezena na nanoskalové úrovni – tedy v extrémně malých prostorách, jaké se vyskytují například uvnitř buněčných struktur nebo v pórovitých materiálech.

Voda se v takto stísněných prostorách chová jinak než ve svém běžném, volném stavu, a právě tyto odlišnosti byly předmětem zkoumání. Vědci se zaměřili na to, jak molekuly vody reagují na velmi nízké teploty v situaci, kdy nemohou volně krystalizovat tak, jak je tomu obvyklé u vody v otevřeném prostoru. Tento jev má přímé důsledky pro pochopení procesů, které probíhají v živých organismech, kde je voda prakticky vždy vázána v omezených prostorách buněčných membrán, organel a dalších struktur.

Nové poznatky jsou podle výzkumníků klíčové zejména pro obor kryoprezervace, tedy uchovávání biologických materiálů při extrémně nízkých teplotách. Kryoprezervace se využívá při skladování buněk, tkání, ale i celých orgánů pro budoucí lékařské použití, stejně jako při dlouhodobém uchovávání genetického materiálu nebo reprodukčních buněk. Jedním z hlavních problémů této technologie je totiž právě tvorba ledových krystalů, které mohou při zmrazování a rozmrazování poškodit buněčné struktury. Pochopení toho, jak se voda chová v nanoskalovém prostředí za nízkých teplot, by mohlo pomoci vyvinout účinnější metody, které minimalizují poškození vzorků.

Výzkum má potenciální dopad i na potravinářský průmysl, konkrétně na technologie zmrazování potravin. Kvalita zmrazených potravin často závisí na tom, jak se při procesu mrazení chová voda obsažená v buněčných strukturách rostlinných i živočišných tkání. Pokud dochází k tvorbě velkých ledových krystalů, dochází zároveň k narušení buněčných stěn a membrán, což se po rozmrazení projevuje ztrátou textury, chuti i nutričních hodnot potravin. Lepší porozumění chování vody na molekulární úrovni by mohlo vést k vývoji nových technik zmrazování, které tyto negativní jevy omezí.

Vědci zdůrazňují, že voda je v přírodě i v technologických aplikacích jen zřídka přítomna ve svém čistém, neomezeném stavu. Naopak je běžně vázána v pórech materiálů, mezi buněčnými membránami nebo v jiných nanoskalových strukturách, kde se její fyzikální vlastnosti mohou výrazně lišit od chování vody, jak ji známe z běžného života. Právě tato skutečnost byla dosud v mnoha ohledech nedostatečně prozkoumaná, a to i přesto, že má zásadní význam pro řadu vědeckých i praktických oborů.

Využití speciálních zařízení ANSTO umožnilo výzkumníkům získat detailní data o struktuře a dynamice vody za podmínek, které by bylo obtížné replikovat běžnými laboratorními metodami. Tato technická infrastruktura tak sehrála klíčovou roli při odhalení nových vlastností vody, které byly dosud vědecké komunitě skryty.

Autoři studie věří, že jejich zjištění otevírají cestu k dalšímu výzkumu v oblasti biofyziky, medicíny i potravinářských technologií. Mezinárodní charakter spolupráce přitom podle nich dokládá, že řešení podobně komplexních otázek vyžaduje spojení odborných kapacit a technologického vybavení z různých zemí. Výsledky publikované v Nature Communications tak představují důležitý krok k lepšímu pochopení jedné z nejběžnějších, a přesto stále ne zcela prozkoumaných látek na Zemi.