Por Andrés Tovar
05/10/2017
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La biología está en medio de una revolución, y el Premio Nobel de Química 2017 ha sido otorgado a los investigadores que están a la vanguardia de la innovación en el campo. De acuerdo con la cita del premio, Jacques Dubochet (Universidad de Lausana, EEUU), Joachim Frank (Universidad de Columbia, EEUU) y Richard Henderson (MRC Laboratorio de Biología Molecular en Cambridge, Reino Unido) han recibido el premio por desarrollar «la microscopía cryoelectrónica para la alta resolución estructura de determinación de biomoléculas en solución».
BREAKING NEWS The 2017 #NobelPrize in Chemistry is awarded to Jacques Dubochet, Joachim Frank & Richard Henderson. pic.twitter.com/RUZSnArJHO
— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 4, 2017
Microscopía cryoelectrónica: ¿Pero qué es eso?
Todavía hay muchas cosas en el mundo natural que mantienen a los científicos totalmente desorientados. Un misterio fundamental es cómo las moléculas biológicas complejas actúan en la creación de la diversidad de las formas vivientes. Pregúntele a un biólogo y es probable que escuche: «la estructura es función».
El problema es que es muy difícil echar un vistazo a la estructura de las biomoléculas. Tal es el reto que los científicos que desarrollan herramientas para mejorar la resolución y el detalle de las imágenes de moléculas cruciales a menudo terminan ganando grandes premios. Además de este año, los Nobel de Química en 1982, 1985, 1987 y 2002 se dio a científicos que han trabajado, de alguna manera, desarrollo de métodos para determinar mejor la estructura de las moléculas. (Separadamente, el Nobel de química en 1958, 1962, 1964, 1972, 1988, y 2009 fue ganado por usar estructuras moleculares para determinar funciones de biomoléculas).
La dificultad superada por los ganadores de este año ha molestado a los científicos durante décadas. La vida comenzó en el agua, y continúa funcionando en ella (recuerde que el 60% de nuestro peso corporal es agua). Pero el agua es problemática para los biólogos estructurales, que necesitan estabilizar las moléculas a temperaturas realmente bajas; el agua congelada a menudo distorsiona su vista.
Dubochet, Frank y Henderson desarrollaron un método por el cual el agua podía ser congelada muy rápidamente. El proceso asegura que las moléculas de agua no formen cristales de hielo, sino que simplemente se congelen en su lugar como el vidrio. Este proceso de vitrificación asegura que las moléculas biológicas en el agua no se distorsionan.
Su método implica un sistema que dispara una gota de agua que contiene moléculas biológicas en etano que se ha enfriado a -196 ° C (-320 ° F). A tales temperaturas, sin cristales de hielo, las moléculas biológicas permanecen lo suficientemente estables como para poder tomar una imagen de ellas que ya no está borrosa.
Para tomar esas imágenes, Henderson y sus colegas utilizaron microscopía electrónica (EM). Esto se logra disparando haces de electrones en la estructura y registrando cómo son desviados por las moléculas subyacentes.
Pero las técnicas estándar que usan EM no produjeron los tipos de resolución que Henderson y sus colegas necesitaban. Así que trabajaron con fabricantes de microscopios para mejorar el proceso. Para el año 2012, habían logrado desarrollar el «cryo-EM», donde «cryo» representa el estudio de las moléculas biológicas en estado congelado.
Estas máquinas crio-EM pueden ser tan altas como 3 metros (9 pies) y cuestan más de $ 7,5 millones cada una. La máquina toma miles de imágenes bidimensionales y las sutura para crear una imagen tridimensional de moléculas. Usando el cryo-EM, los científicos han sido capaces de determinar las estructuras celulares que gobiernan el reloj biológico e incluso el virus Zika. Mejor aún, algunos científicos han sido capaces de crear «películas moleculares» para estudiar las proteínas en forma de rotor.
¿Por qué eso importa?
Con cada imagen mejorada de las estructuras biológicas microscópicas, los científicos son capaces de entender mejor cómo la estructura molecular hace su magia. Y aprender cómo funcionan abre todo tipo de nuevas aplicaciones potenciales para los científicos, especialmente la identificación de nuevas curas para las enfermedades.
Hay limitaciones, por supuesto. Cryo-EM sólo se puede utilizar para grandes moléculas que pueden soportar ser bombardeado con electrones. Y la técnica, aunque desarrollada a lo largo de décadas, sólo se ha utilizado ampliamente desde 2012. También es costosa, con un costo de hasta $ 6,000 por día para ejecutar la instalación.
Aún así, un Premio Nobel para crio-EM es un reconocimiento de lo que está reservado para los biólogos estructurales que utilizan la herramienta.
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