Observar la intimidad de las moléculas
La Academia de Ciencias de Suecia otorgó el premio Nobel de Química de 2017 a Jacques Dubochet, Joachim Frank y Richard Henderson por «el desarrollo de la microscopía electrónica de bajas temperaturas para la determinación de la estructura, con alta resolución, de biomoléculas».
Richard Henderson, Joachim Frank y Jaques Dubochet, Fotos: MRC, Universidad de Columbia y Christopher Boatt/AP
El Nobel de Química 2017 fue otorgado al suizo Jacques Dubochet (Universidad de Lausana, Suiza); el alemán Joachim Frank (Universidad de Columbia, Nueva York, Estados Unidos) y el escocés Richard Henderson (Universidad de Cambridge, Reino Unido), por el desarrollo de la microscopía electrónica de bajas temperaturas, que permitió mejorar la resolución de las imágenes de las moléculas biológicas, como por ejemplo, distinto tipo de proteínas. Según la Academia de Ciencias de Suecia, este método hizo ingresar a la bioquímica en una nueva era.
La posibilidad de visualizar aquello que era invisible a los ojos humanos dio lugar a numerosos desarrollos científicos. Por ejemplo, el telescopio le permitió a Galileo ver que la superficie de la Luna no era tan perfecta como se creía, y las lentes de aumento de los microscopios posibilitaron ver un mundo de organismos hasta ese momento desconocidos. Pero la búsqueda continuó en forma incesante con el fin de lograr visualizar la vida en sus detalles más íntimos, hasta alcanzar el nivel de las moléculas.
Durante mucho tiempo ello parecía imposible. Pero la microscopía electrónica de bajas temperaturas lo hizo posible. Así los investigadores pudieron congelar las moléculas biológicas y visualizar procesos que nunca habían podido ser observados, lo cual permitió no solo la comprensión de los mecanismos celulares sino también el desarrollo de numerosos fármacos.
Un largo camino
Cuando se desarrolló el microscopio electrónico en 1930, se pensó que solo permitiría estudiar tejidos muertos. El rayo de electrones necesario para poder obtener una buena resolución destruía el material biológico y, si se disminuía la intensidad del rayo, las imágenes perdían contraste y se veían borrosas. En 1990, Richard Henderson logró generar una imagen tridimensional de una proteína con resolución atómica. Por su parte, Joachim Frank desarrolló un método que permitía analizar imágenes difusas en dos dimensiones y lograba visualizarlas en tres dimensiones.
Esta técnica requiere que la muestra se encuentre en una cámara al vacío para que los electrones puedan desplazarse. Ahora bien, el entorno de vacío contribuye a que el agua de la muestra biológica se evapore ante la descarga de electrones, y ello hace que el material se destruya. Pero a comienzos de la década de 1980, Jacques Dubochet logró vitrificar el agua, es decir, la enfrió de una manera en que el agua se solidificaba alrededor de la muestra biológica, y permitía que las moléculas retuvieran su forma natural en el vacío, sin cristalizarse.
La tan deseada resolución atómica se logró en 2013, y los investigadores pueden hoy producir estructuras tridimensionales de todo tipo de biomolécula.
En los últimos años se logró obtener imágenes de diversas proteínas relacionadas con la resistencia a los antibióticos, incluso se pudo tener una imagen tridimensional del virus del Zika.
Al respecto, Lía Pietrasanta, coordinadora del Laboratorio de Microscopía Avanzada, de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, comentó: “En un congreso reciente de microscopía, que se desarrolló en Varadero, Cuba, un investigador alemán, Wolfang Baumeister, en su conferencia plenaria, afirmó que trabajaba con estas técnicas y mostró imágenes de altísima resolución que impresionaron a todo el auditorio”.
Para obtener esas imágenes de tan alta resolución en un microscopio electrónico de barrido se requieren dispositivos especiales, como una cámara de baja temperatura, para alojar la muestra biológica, y detectores de muy alta sensibilidad, entre otros.
“Trabajar con estas técnicas sofisticadas hace que la formación de recursos humanos sea muy específica, y demande mucho tiempo. En Argentina, en un futuro, tal vez haya un núcleo de investigadores que puedan ir en esa dirección, pero esto llevará mucho tiempo, no se trata de un año ni de cinco”, comenta Pietrasanta. Y agregó: “Los investigadores que trabajan en estos temas cuentan también con el apoyo de los fabricantes de microscopios que pueden ir haciendo variaciones, diseñando nuevos accesorios a medida que los investigadores los van requiriendo”.
En resumen, para lograr imágenes de tan alta resolución se requiere una preparación específica de la muestra, dispositivos ultrasensibles para detectar y luego poder adquirir los datos, y un período extenso de análisis de los datos.
Lo interesante es que, para el desarrollo de nuevos fármacos, “si se tiene resuelta la estructura de la molécula, con alto nivel de resolución, es más fácil conocer de qué manera puede interactuar un fármaco con una molécula determinada para poder modificarla”, concluye Pietrasanta.
