INVESTIGACIÓN BIOMEDICINA

Científicos logran ver en directo y en 3D cómo trabajan proteínas de células

Efefuturo.- Científicos del Instituto de Investigación Biomédica (IRB) de Barcelona, de la Universidad de Ginebra (Suiza) y del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo de Sevilla han logrado, por primera vez, visualizar en células vivas y en tres dimensiones cómo trabajan los complejos de proteínas al realizar sus funciones celulares.

<p>A la izquierda, visualización en vivo de nanomáquinas con técnicas actuales de microscopia; a la derecha, el nuevo método permite ver en 3D las

A la izquierda, visualización en vivo de nanomáquinas con técnicas actuales de microscopia; a la derecha, el nuevo método permite ver en 3D las nanomáquinas en vivo 25 veces mejor (O. Gallego, IRB Barcelona).

La investigación, que publica la revista Cell, ha combinado ingeniería genética, superresolución y biocomputación para acercar a los ojos de los científicos la maquinaria proteica dentro de células vivas y contemplar aspectos centrales del funcionamiento de un ensamblaje de proteínas vital para animales y plantas.

Hasta ahora, los biólogos que estudian el funcionamiento de nanomáquinas proteicas, o bien aislan estas máquinas en tubos de ensayo, fuera de la célula, para poder usar técnicas in vitro y ver su estructura a escala atómica, o bien usan técnicas que permiten analizar estas máquinas proteicas dentro de la célula viva pero que dan escasa información estructural.

Con este trabajo, los científicos han conseguido ver la estructura de una máquina proteica directamente en células vivas mientras realiza su función.

Las técnicas in vitro disponibles son excelentes y nos permiten ver el detalle del átomo, pero la información que nos dan es limitada. No entenderemos cómo funciona un motor si lo desmontamos y sólo nos fijamos en sus piezas por separado. Necesitamos ver el motor ensamblado en el coche y en funcionamiento“, ha señalado el coordinador de la investigación y científico del IRB, Oriol Gallego.

El 3D, un salto para el estudio

“En biología, -ha añadido- no tenemos todavía las herramientas para visualizar el engranaje entero de una célula viva, pero con esta técnica que hemos desarrollado damos un salto, y podemos ver en 3D cómo los complejos de proteínas llevan a cabo sus funciones”.

El científico Oriol Gallego, líder del estudio, y la estudiante de doctorado, Irene Pazos, en su laboratorio del IRB Barcelona. Imagen facilitada por este instituto.

El científico Oriol Gallego, líder del estudio, y la estudiante de doctorado, Irene Pazos, en su laboratorio del IRB Barcelona. Imagen facilitada por este instituto.

La nueva estrategia integra métodos de microscopía de superresolución -invención premiada con el Nobel de Química en 2014-, modificación genética y modelado computacional.

Esta tecnología permite observar complejos proteicos con una precisión de cinco nanómetros (un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro y un cabello mide de ancho 100.000 nanómetros), una resolución “cuatro veces mejor de lo que ofrece la superresolución y que nos permite llevar a cabo estudios de biología celular hasta ahora inviables“, ha detallado Gallego.

La investigación ha permitido revelar la estructura completa de una nanomáquina central en la exocitosis, un mecanismo que la célula usa para relacionarse con el exterior, como es el caso de las neuronas, que se comunican entre sí liberando neurotransmisores mediante exocitosis, mecanismo que hasta ahora era un enigma.

“Ahora entendemos cómo funciona esta máquina formada por ocho proteínas y para qué son importantes cada una de ellas. Este conocimiento ayudará a entender mejor la implicación de la exocitosis en cáncer y metástasis, donde la regulación de esta nanomáquina está alterada”, ha afirmado Gallego.

El conocimiento sobre cómo trabajan las nanomáquinas que llevan a cabo las funciones celulares, tiene implicaciones biomédicas ya que los desajustes en estos engranajes pueden provocar enfermedades.

Maquinaria de las proteínas

Con la nueva estrategia se podrán estudiar maquinarias de proteínas en células sanas y en células enfermas.

Por ejemplo, se podría ver cómo los virus y las bacterias utilizan nanomáquinas proteicas durante el proceso de infección o entender mejor aquellos defectos de los complejos que causan patologías y poder diseñar estrategias para repararlos.

Ver complejos proteicos de cinco nanómetros es una gran mejora, pero aún queda un largo camino para poder observar el interior celular con el detalle atómico que proporcionan las técnicas in vitro”, ha puntualizado, que cree que “el futuro pasa por integrar varios métodos y combinar las ventajas de cada uno“.

Oriol Gallego ha desarrollado este proyecto durante cinco años en el programa de Medicina Molecular del IRB Barcelona con un contrato de investigador Ramón y Cajal del Ministerio de Economía y Competitividad, que finalizará próximamente.

El investigador ya tiene comprometidas dos estancias, en Japón y en Alemania, para profundizar en la integración de diferentes técnicas de microscopía.

“Después me gustaría seguir haciendo ciencia desde Barcelona y al máximo nivel y espero que este trabajo publicado en Cell me lo facilite”, ha valorado el joven investigador que ha apostado por desarrollar la tecnología que “haga visible lo invisible”. Efefuturo

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Publicado en: Ciencia

La investigación, que publica la revista Cell, ha combinado ingeniería genética, superresolución y biocomputación para acercar a los ojos de los científicos la maquinaria proteica dentro de células vivas y contemplar aspectos centrales del funcionamiento de un ensamblaje de proteínas vital para animales y plantas.

Hasta ahora, los biólogos que estudian el funcionamiento de nanomáquinas proteicas, o bien aislan estas máquinas en tubos de ensayo, fuera de la célula, para poder usar técnicas in vitro y ver su estructura a escala atómica, o bien usan técnicas que permiten analizar estas máquinas proteicas dentro de la célula viva pero que dan escasa información estructural.

Con este trabajo, los científicos han conseguido ver la estructura de una máquina proteica directamente en células vivas mientras realiza su función.

Las técnicas in vitro disponibles son excelentes y nos permiten ver el detalle del átomo, pero la información que nos dan es limitada. No entenderemos cómo funciona un motor si lo desmontamos y sólo nos fijamos en sus piezas por separado. Necesitamos ver el motor ensamblado en el coche y en funcionamiento“, ha señalado el coordinador de la investigación y científico del IRB, Oriol Gallego.

El 3D, un salto para el estudio

“En biología, -ha añadido- no tenemos todavía las herramientas para visualizar el engranaje entero de una célula viva, pero con esta técnica que hemos desarrollado damos un salto, y podemos ver en 3D cómo los complejos de proteínas llevan a cabo sus funciones”.

El científico Oriol Gallego, líder del estudio, y la estudiante de doctorado, Irene Pazos, en su laboratorio del IRB Barcelona. Imagen facilitada por este instituto.

El científico Oriol Gallego, líder del estudio, y la estudiante de doctorado, Irene Pazos, en su laboratorio del IRB Barcelona. Imagen facilitada por este instituto.

La nueva estrategia integra métodos de microscopía de superresolución -invención premiada con el Nobel de Química en 2014-, modificación genética y modelado computacional.

Esta tecnología permite observar complejos proteicos con una precisión de cinco nanómetros (un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro y un cabello mide de ancho 100.000 nanómetros), una resolución “cuatro veces mejor de lo que ofrece la superresolución y que nos permite llevar a cabo estudios de biología celular hasta ahora inviables“, ha detallado Gallego.

La investigación ha permitido revelar la estructura completa de una nanomáquina central en la exocitosis, un mecanismo que la célula usa para relacionarse con el exterior, como es el caso de las neuronas, que se comunican entre sí liberando neurotransmisores mediante exocitosis, mecanismo que hasta ahora era un enigma.

“Ahora entendemos cómo funciona esta máquina formada por ocho proteínas y para qué son importantes cada una de ellas. Este conocimiento ayudará a entender mejor la implicación de la exocitosis en cáncer y metástasis, donde la regulación de esta nanomáquina está alterada”, ha afirmado Gallego.

El conocimiento sobre cómo trabajan las nanomáquinas que llevan a cabo las funciones celulares, tiene implicaciones biomédicas ya que los desajustes en estos engranajes pueden provocar enfermedades.

Maquinaria de las proteínas

Con la nueva estrategia se podrán estudiar maquinarias de proteínas en células sanas y en células enfermas.

Por ejemplo, se podría ver cómo los virus y las bacterias utilizan nanomáquinas proteicas durante el proceso de infección o entender mejor aquellos defectos de los complejos que causan patologías y poder diseñar estrategias para repararlos.

Ver complejos proteicos de cinco nanómetros es una gran mejora, pero aún queda un largo camino para poder observar el interior celular con el detalle atómico que proporcionan las técnicas in vitro”, ha puntualizado, que cree que “el futuro pasa por integrar varios métodos y combinar las ventajas de cada uno“.

Oriol Gallego ha desarrollado este proyecto durante cinco años en el programa de Medicina Molecular del IRB Barcelona con un contrato de investigador Ramón y Cajal del Ministerio de Economía y Competitividad, que finalizará próximamente.

El investigador ya tiene comprometidas dos estancias, en Japón y en Alemania, para profundizar en la integración de diferentes técnicas de microscopía.

“Después me gustaría seguir haciendo ciencia desde Barcelona y al máximo nivel y espero que este trabajo publicado en Cell me lo facilite”, ha valorado el joven investigador que ha apostado por desarrollar la tecnología que “haga visible lo invisible”. Efefuturo

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