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    Los científicos desarrollan sondas diseñadas para revelar las fuerzas físicas dentro de las células vivas; una primicia mundial

    Estructura molecular de la herramienta química (a la izquierda), azul:pobre en electrones, rojo:rico en electrones, que cambia de color como camarones durante la cocción (medio, inspiración del mercado de pescado de Barcelona) para revelar las fuerzas físicas dentro de las células vivas (a la derecha, aquí retículo endoplásmico y envoltura nuclear). Crédito:© UNIGE

    La detección de fuerzas físicas es uno de los desafíos más complejos a los que se enfrenta la ciencia. Aunque Newton resolvió el problema de la gravedad hace mucho tiempo, la obtención de imágenes de las fuerzas físicas que actúan dentro de las células vivas sigue siendo uno de los principales misterios de la biología actual. Considerado que juega un papel decisivo en muchos procesos biológicos, las herramientas químicas para visualizar las fuerzas físicas en acción no existen. Pero hoy, investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE) y el Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) en Biología Química, Suiza, han desarrollado sondas que pueden entrar en las células e visualizar fuerzas físicas en vivo. Estos resultados, un punto de inflexión en el estudio de las ciencias de la vida, se puede encontrar en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

    Desde su creación en 2010, Uno de los objetivos centrales del NCCR Chemical Biology ha sido resolver el problema de detección de fuerzas físicas celulares. "Nuestro enfoque para crear sondas de tensión se inspiró en el cambio de color de los camarones, cangrejos o langostas durante la cocción, "dice Stefan Matile, profesor del Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y miembro del NCCR.

    En camarones vivos, las fuerzas físicas de las proteínas circundantes aplanan y polarizan el pigmento carotenoide, llamado astaxantina, hasta que se vuelva azul. "Durante la cocción, estas proteínas se despliegan y el pigmento de la langosta puede recuperar su color naranja oscuro natural, "continúa el químico ginebrino. Intrigado por estos crustáceos, El desarrollo de sondas fluorescentes que funcionan según el mismo principio de planarización y polarización requirió unos ocho años de investigación.

    El año pasado, los equipos de NCCR finalmente produjeron la primera sonda fluorescente capaz de obtener imágenes de las fuerzas que actúan sobre la membrana externa, llamada membrana plasmática, de células vivas. Las solicitudes de muestras de más de 50 laboratorios de todo el mundo se produjeron en respuesta inmediata a la publicación de estos resultados. demostrando la importancia de este gran avance para las ciencias de la vida. Para satisfacer esta demanda, Las sondas de fuerza de UNIGE se lanzaron bajo la marca Flipper-TR a finales del año pasado.

    ¿Qué pasa con las fuerzas internas de las células?

    El estudio de las fuerzas que se aplican fuera de las células no se limita a herramientas químicas para obtener imágenes de fluorescencia. Las superficies celulares son accesibles a herramientas físicas como micropipetas, abrazaderas ópticas, voladizos de microscopios de fuerza atómica, etc. "Pero estas herramientas físicas obviamente no son aplicables al estudio de las fuerzas dentro de las células, "dice Aurélien Roux, profesor del Departamento de Bioquímica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE. "Orgánulos como las mitocondrias, responsable de la producción de energía; el retículo endoplásmico, responsable de la síntesis de proteínas; endosomas, responsable del tráfico de material hacia y dentro de las celdas; o el núcleo, que almacena información genética, simplemente están fuera del alcance de las herramientas físicas del exterior ". Hasta hoy, La visualización de las fuerzas que operan y controlan estos orgánulos dentro de las células aún era imposible, aunque esencial para comprender su función.

    Este desafío fundamental en las ciencias de la vida ahora se está cumpliendo. El equipo de NCCR, dirigido por Stefan Matile, Aurélien Roux y Suliana Manley, profesor del Instituto de Física EPFL, también miembro de la NCCR, transportaron sus sondas de fuerza al interior de las células y marcaron selectivamente orgánulos celulares. Ahora pueden mostrar por ejemplo, cómo aumenta la tensión en las mitocondrias que comienzan a dividirse. "Por primera vez, las fuerzas físicas se pueden visualizar en vivo dentro de las células, ", dice Aurélien Roux. Esta nueva herramienta química finalmente permite a los científicos lograr lo que han querido hacer durante mucho tiempo." Estas nuevas sondas ahora nos ofrecen la oportunidad de abordar la mecanobiología y revolucionar el estudio de las ciencias de la vida, "dice Stefan Matile.


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