Una cosa muy grande para ver cosas muy peque?as
Los criomicroscopios electr¨®nicos de Centro Nacional de Biotecnolog¨ªa permiten estudiar la vida a escala at¨®mica
En el imaginario popular un microscopio es un peque?o instrumento, sobre una mesa de laboratorio, por el que un cient¨ªfico mira a trav¨¦s de dos oculares. Quiz¨¢s hayan manejado uno en la escuela. Sin embargo, los m¨¢s potentes no se parecen a esto. Los criomicroscopios electr¨®nicos del Centro Nacional de Biotecnolog¨ªa (CNB) son unos enormes conjuntos de lentes que ocupan una habitaci¨®n, cuyas im¨¢genes se ven en pantallas de ordenador, en la habitaci¨®n de al lado, manejadas con unos mandos como de nave espacial. Examinan muestras a 180 grados bajo cero, conseguidas gracias el uso del nitr¨®geno l¨ªquido, hasta llegar a ver el tama?o de los ¨¢tomos. Son los primeros de esta categor¨ªa que hay en Espa?a. Son dos cosas muy grandes que sirven para ver cosas muy peque?as.
¡°Estos instrumentos dar¨¢n un gran servicio a los investigadores en Biolog¨ªa Molecular¡±, explica con indisimulado orgullo Jos¨¦ Mar¨ªa Valpuesta, responsable cient¨ªfico de este servicio, jefe del departamento de Biolog¨ªa Estructural del CNB, adem¨¢s de ex director del centro. El CNB, situado en el campus de la Universidad Aut¨®noma de Madrid (UAM). Se trata de un gran edifico con ventanas redondas y rodeado de verde, uno de los centros m¨¢s importantes del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas (CSIC). ¡°Esto es como una peque?a ciudad, siempre se encuentran expertos en diferentes ¨¢reas con los que se generan provechosas colaboraciones¡±, dice el cient¨ªfico mientras camina por uno de los pasillos, llenos de p¨®steres con f¨®rmulas, diagramas y ecuaciones.
La disciplina de la criomicroscop¨ªa electr¨®nica se ocupa en estudiar con todo detalle la forma de las prote¨ªnas, de los virus, de las c¨¦lulas, de las mol¨¦culas relacionadas con la vida. ¡°Conociendo su estructura podemos conocer su funci¨®n¡±, dice el cient¨ªfico, ¡°luego ese conocimiento se puede transformar en biotecnolog¨ªa¡±. El CSIC, del que depende el CNB, y el Ministerio de Ciencia, Innovaci¨®n y Universidades acaban de invertir, hace unos meses, ocho millones de euros en estos instrumentos.
En una de las pantallas del laboratorio se muestran las intimidades de un coronavirus de cerdo, ¡°primo hermano¡± del que afecta a los humanos (pero que no nos puede hacer da?o). El equipo se est¨¢ preparando para cuando lleguen desde Italia coronavirus humanos desactivados para su estudio. Por ejemplo, observando al microscopio el ¡°gancho¡± con el que estos virus se adhieren a nuestras c¨¦lulas se entender¨¢ mejor c¨®mo evitar que las ataquen. Estas tecnolog¨ªas de criomicroscop¨ªa permiten el desarrollo de nuevos f¨¢rmacos a nivel molecular y le valieron el Premio Nobel de Qu¨ªmica 2017 a Jacques Dubochet, Joachim Frank y Richard Henderson.
¡°Cada semana asistimos a alg¨²n nuevo avance en este campo, se est¨¢ viviendo un momento muy dulce¡±, dice Valpuesta. Antes de la microscop¨ªa electr¨®nica ya se utilizaban otras t¨¦cnicas como la difracci¨®n de rayos X o la Resonancia Magn¨¦tica Nuclear (RMN) para determinar la estructura de mol¨¦culas biol¨®gicas. ¡°La criomicroscop¨ªa electr¨®nica tiene un esplendoroso futuro porque carece de algunas de las limitaciones de las otras dos t¨¦cnicas¡±, dice el cient¨ªfico.
El equipo estudia las intimidades de un coronavirus de cerdo mientras se prepara para cuando lleguen desde Italia coronavirus humanos desactivados
Los dos grandes instrumentos, que dan servicio a investigaciones internas y externas (por ejemplo, a empresas biotecnol¨®gicas o farmac¨¦uticas), tienen voltajes de 300 y 200 kilovoltios, respectivamente, que son necesarios para que los electrones dispongan de la suficiente energ¨ªa para atravesar la muestra. Al hacerlo, una parte de los electrones son desviados por ella y en esa variaci¨®n se encuentra la informaci¨®n sobre la estructura, que queda registrada en los dispositivos al efecto. En los ¨²ltimos a?os una novedosa tecnolog¨ªa que ha revolucionado el campo: los detectores directos de electrones.
La informaci¨®n registrada es procesada en los ordenadores. Y las estructuras de las mol¨¦culas biol¨®gicas se determinan utilizando t¨¦cnicas tomogr¨¢ficas muy parecidas a las que se usan en los hospitales para el estudio de pacientes. Mientras que en el hospital esa gran m¨¢quina va lentamente inclinando al paciente y tomando im¨¢genes de su cuerpo en todas las direcciones, por arriba, por abajo, del perfil bueno y del perfil malo, las grandes m¨¢quinas del CNB no necesitan inclinar la muestra.
Cada semana asistimos a alg¨²n nuevo avance en este campo, se est¨¢ viviendo un momento muy dulceJos¨¦ Mar¨ªa Valpuesta, responsable cient¨ªfico de Biolog¨ªa Molecular
?Por qu¨¦? Porque en este caso las mol¨¦culas biol¨®gicas ya est¨¢n en todas esas direcciones. En el portamuestras del criomicroscopio electr¨®nico se encuentran trillones de mol¨¦culas que se han colocado en todas las direcciones posibles. Por pura estad¨ªstica: hay tantas mol¨¦culas que est¨¢n en todas las posturas, como si alguien saca una foto del p¨²blico de un concierto de estadio: cada uno mira hacia un lado o tiene una postura. Esta t¨¦cnica est¨¢ permitiendo la determinaci¨®n de la estructura at¨®mica de muchas mol¨¦culas, incluyendo las fibras de las prote¨ªnas involucradas en enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.
Una de las investigadoras encargadas del aparato vierte nitr¨®geno l¨ªquido para enfriar la muestra. El nitr¨®geno l¨ªquido siempre es muy vistoso: al evaporarse emite un humo denso que tiende a caer hacia el suelo. Es como la secci¨®n de ciencia ligera de un programa de entretenimiento televisivo. ¡°Trabajamos a bajas temperaturas y a un alt¨ªsimo vac¨ªo para conseguir mejores im¨¢genes¡±, explica Valpuesta. Antes de introducir las muestras en el criomicroscopio enfr¨ªan de golpe las muestras a muy baja temperatura, la ¡°vitrifican¡± utilizando unos robots a tal efecto: ¡°As¨ª no se forma hielo cristalino, sino amorfo, que mantiene mejor las estructuras. Adem¨¢s, se evita la deriva de las mol¨¦culas, que siempre est¨¢n rodeadas de agua, porque es cierto eso que se dice: los seres vivos somos fundamentalmente agua¡±, concluye el cient¨ªfico.
Hitos biotecnol¨®gicos
El CNB-CSIC se inaugur¨® en 1992 con el fin de solucionar problemas relacionados con la salud, la agricultura o el medio ambiente a trav¨¦s de la investigaci¨®n de m¨¢s de 600 profesionales en disciplinas como la ingenier¨ªa gen¨¦tica, gen¨®mica, prote¨®mica, inmunolog¨ªa u oncolog¨ªa. Ha sido reconocido como uno de los 12 Centros de Excelencia Severo Ochoa en el ¨¢rea de las Ciencias de la Vida y la Medicina y pone especial ¨¦nfasis en la transferencia tecnol¨®gica y en la comunicaci¨®n de la ciencia al gran p¨²blico. En 2015 vivi¨® un a?o dif¨ªcil: un incendio amenaz¨® con arruinar a?os de investigaci¨®n. Recientemente ha estado muy presente en los medios durante la pandemia, pues el equipo liderado por los vir¨®logos Luis Enjuanes e Isabel Sola est¨¢ trabajando a la vanguardia mundial para conseguir una vacuna para la covid-19.
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