La estructura nudosa en 3D en la pantalla frente a Rachel Green mostraba un accidente automovilístico intracelular nunca antes visto por los científicos. También confirmó una hipótesis en la que un equipo de su laboratorio había estado trabajando durante meses.

Pero al principio, Green no estaba tan impresionado. "¿Eso es todo?" recuerda haber pensado irónicamente.

Era principios de 2021 y estaba de año sabático, trabajando en la Universidad Ludwig Maximilian de Munich con su amigo y colaborador, Roland Beckmann. Green, investigadora del Instituto Médico Howard Hughes en la Universidad Johns Hopkins, le había contado sobre un proyecto en su laboratorio que explora un misterio biológico de larga data. Intentaban llenar un vacío clave en el conocimiento de los científicos sobre cómo las células bacterianas responden a los problemas de síntesis de proteínas. Debido a que las células necesitan proteínas para casi todo lo que hacen, esta respuesta es fundamental para el funcionamiento normal.

El equipo de Green tenía una buena idea de lo que estaba pasando, pero no tenían las instantáneas para demostrarlo. Beckmann, un biólogo estructural, estaba intrigado. Usando una técnica llamada microscopía crioelectrónica, su equipo reveló lo que sucede en la escena, es decir, si sabía qué buscar.

"Cuando te muestran una estructura por primera vez, realmente no puedes saber qué es porque todo es gris", dice Green. "Roland señaló una pequeña mancha y dijo:'¡Mira, ahí está!'".

Su equipo sospechaba que la "pequeña gota" actuó como un primer respondedor molecular que aparece en el accidente. Las imágenes de Beckmann confirmaron la identidad de la molécula y presentaron nueva información sobre cómo funciona esta operación de rescate, un método de control de calidad para las bacterias. Beckmann, Green y un grupo de científicos de su laboratorio dirigido por Allen Buskirk describieron por primera vez la investigación en una preimpresión en bioRxiv.org y luego en la revista Nature el 9 de marzo de 2022. El trabajo podría ofrecer pistas sobre cómo otros organismos más complejos, tal vez incluso los humanos, mantienen la producción de proteínas en el buen camino.

Las máquinas moleculares conocidas como ribosomas siguen literalmente instrucciones codificadas en una hebra lineal de material genético. A medida que viajan a lo largo de la hebra, construyen una proteína. A veces, sin embargo, esta maquinaria falla.

Investigaciones anteriores en levaduras, cuyas células se asemejan a las de los animales, habían demostrado que los ribosomas se bloquean cuando tienen problemas. Al igual que un automóvil que se detiene demasiado repentinamente, un ribosoma estancado puede ser chocado por detrás por el que está detrás. El laboratorio de Green había identificado previamente una molécula de levadura que responde a estas colisiones. Como unas pequeñas mandíbulas de vida, la molécula libera el ribosoma estancado. Es el primer paso en un esfuerzo de rescate que finalmente permite que la célula recupere y reutilice estas valiosas máquinas productoras de proteínas.

Los ribosomas de las células bacterianas también pueden atascarse, pero los científicos dudaban de que las bacterias respondieran a las colisiones de la misma manera que la levadura. Esto se debe a que los investigadores ya sabían que las bacterias tienen su propio método distintivo para rescatar ribosomas destruidos, dice Jamie Cate, bioquímica y bióloga estructural de la Universidad de California, Berkeley, que no participó en el proyecto.

Nadie sabía exactamente qué inició el esfuerzo de rescate bacteriano, pero esperaban que fuera algo completamente diferente a la levadura, dice Cate. En cambio, la nueva investigación sugiere que tanto las bacterias como las levaduras inician este proceso de la misma manera, convocando a los socorristas en forma de cuchillas.

"Lo bueno es que ambas moléculas reconocen los ribosomas que han chocado entre sí", dice Cate.

En el laboratorio de Green en Baltimore, Buskirk y el primer autor Kazuki Saito identificaron al primer respondedor en bacterias como una molécula llamada SmrB y exploraron cómo llevó a cabo su trabajo. La estructura de Beckmann "fue la pieza final del rompecabezas", dice Buskirk.

El grupo de Beckmann capturó las primeras imágenes de una colisión entre dos ribosomas bacterianos y luego las codificó por colores para que sus componentes no se perdieran en un mar gris. Después de agregar SmrB a la muestra que contenía los ribosomas, el equipo vio que la molécula aparecía en el centro del choque.

Los experimentos bioquímicos revelaron que SmrB, al igual que su contraparte de levadura, corta los ribosomas destrozados. Y no solo las dos moléculas comparten una descripción de trabajo, la SmrB bacteriana y su contraparte de levadura también son parientes cercanos, descubrió el equipo. Los investigadores aún no han podido visualizar cómo la versión de levadura interactúa con los ribosomas durante una colisión. Entonces, el SmrB similar pero más simple puede dar a los científicos un punto de apoyo para comprender cómo funciona el proceso en otros organismos.

"Todo lo demás sobre estas vías de rescate es muy diferente", dice Green. "No anticipamos que encontraríamos un aspecto que parece ser universal".