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Nobel de Química para la observación a detalle de estructuras biomoleculares

  • 6 octubre 2017
  • Autor: Cinvestav
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Nobel de Química para la observación a detalle de estructuras biomoleculares
Desde la invención del microscopio electrónico, alrededor 1930 por Ernst Ruska, se hizo notar que era muy desafortunado que este instrumento no se pudiera usar para el estudio de células biológicas por la degradación que sufrían debido a sus condiciones de operación y por el bombardeo del haz electrones. El escenario ha cambiado radicalmente gracias a los trabajos realizados por los ganadores del Premio Nobel de Química 2017, Jacques Dubochet (Universidad de Lausana), Joachim Frank (Universidad de Columbia) y Richard Henderson (Universidad de Cambridge), sostuvo Isaac Hernández Calderón, investigador del Departamento de Física y Coordinador del Laboratorio Avanzado de Nanoscopía Electrónica (LANE), del Cinvestav. Los investigadores galardonados desarrollaron una metodología para el procesamiento y generación de imágenes tridimensionales de las moléculas de la vida (biomoléculas) que participan en diversos mecanismos a nivel celular en los organismos vivos, es decir, la metodología permite conocer la estructura atómica de biomoléculas. Para obtener las imágenes se emplea la crio-microscopía electrónica en la cual las moléculas se congelan en forma prácticamente instantánea en su propio ambiente, de tal forma que se mantienen las características estructurales de la biomolécula y el medio en que se encuentran, generalmente medios acuosos. Así, es posible obtener el arreglo geométrico de los átomos que forman la molécula (estructura atómica), y también una gran cantidad de información sobre la funcionalidad de las biomoléculas a nivel celular; explicó Hernández Calderón. La tecnología combina el trabajo de varias décadas de los galardonados; ya en los años 70 del siglo pasado, Richard Henderson demostró que era posible determinar la estructura atómica de proteínas por microscopía electrónica de transmisión (MET) si éstas se encontraban en su ambiente natural dentro de una membrana biológica. Para evitar el calentamiento de las moléculas fue necesario usar un haz de electrones de baja intensidad. En 1975 Joachim Frank desarrolló un algoritmo de procesamiento de imágenes para combinar múltiples imágenes difusas bidimensionales (2D) obtenidas por MET de biomoléculas en orientaciones muy diversas y así obtener la imagen tridimensional (3D) de proteínas. Debido a que la MET requiere un ambiente de trabajo en vacío y a que en su estado natural las biomoléculas se encuentran en medios acuosos, al tratar de estudiarlas con esta técnica las muestras se deshidratan y sus características estructurales se ven afectadas. Aquí surge la contribución de Dubochet, donde se congela rápidamente una gota de la muestra, a fin de que la estructura quede inalterada y así observar la biomolécula en su configuración natural; de ahí el nombre de crio-microscopia electrónica. Una ventaja adicional del congelamiento ultra-rápido es que el agua mantiene su estructura como en el estado líquido, es decir, al congelarse se vitrifica y mantiene una estructura desordenada en vez de convertirse en cristalitos de hielo con orden a nivel atómico. Esto evita que al congelarse se modifiquen las biomoléculas y también se evitan los efectos de difracción producidos por cristales de hielo que afectarían la interpretación de las imágenes. “Las aportaciones de este desarrollo tecnológico han permitido dilucidar la estructura atómica de muchas biomoléculas y virus de gran importancia para la vida humana y  revelar muchos de los procesos moleculares que se realizan a nivel celular; por ejemplo, la estructura del virus del Zika se determinó con crio-ME”, señaló Isaac Hernández. Si bien desde hace años se emplea la crio-ME, el desarrollo reciente (2012) de los nuevos detectores directos de electrones para los microscopios electrónicos ha contribuido a mejorar sensiblemente la resolución espacial y promete resultados muy interesantes y también la extensión de la aplicación de la crio-ME a otras áreas de interés científico y tecnológico. El investigador del Cinvestav señaló que en México existen muy buenos laboratorios de microscopía electrónica de transmisión y los investigadores cuentan con suficiente experiencia para emplear está tecnología ampliamente reconocida y empleada a nivel internacional.
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Última actualización: 13 de Diciembre 2017

 

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