La resolución del microscopio electrónico ha mejorado radicalmente en los últimos años, de mostrar en su mayoría manchas sin forma (izquierda) en 2013 hasta ahora poder visualizar proteínas en resolución atómica (derecha) en el presente. Crédito:Martin Högbom / La Real Academia de Ciencias de Suecia
Los científicos que desarrollaron la capacidad de ver algunos de los componentes básicos de la vida bajo el microscopio electrónico han sido galardonados con el Premio Nobel de Química 2017.
Jacques Dubochet, Joachim Frank y Richard Henderson fueron pioneros en la microscopía crioelectrónica, que, según la Real Academia Sueca de Ciencias, simplifica y mejora la formación de imágenes de moléculas biológicas, conocidas como biomoléculas.
El premio de 9 millones de coronas suecas (1,4 millones de dólares australianos) se divide a partes iguales entre Dubochet, en la Universidad Suiza de Lausana, Franco, en la Universidad de Columbia de Nueva York, y Henderson, en el Laboratorio de Biología Molecular del MRC, Cambridge en el Reino Unido.
La Academia dijo que el método desarrollado por los tres investigadores había llevado la bioquímica a una nueva era. La tecnología ahora permite a los investigadores generar una vista de alta resolución de biomoléculas mientras existen en su estado natural.
La cerradura y la llave biológicas
El cuerpo humano es increíblemente complejo y requiere la cooperación de una variedad de mecanismos bioquímicos, como la digestión y la producción de energía, para funcionar bien. Estos intrincados procesos implican el uso de biomoléculas, típicamente grandes entidades hechas de aminoácidos, los componentes básicos de la vida.
En tono rimbombante, al igual que la construcción de cualquier casa de ladrillo, la configuración o colocación de los bloques es fundamental para la resistencia de nuestra construcción, o qué tan bien funcionan nuestras biomoléculas.
Es más, biomoléculas presentan su capacidad para realizar tareas al interactuar con otras entidades, tales enzimas, en el cuerpo. Estos se basan en una configuración específica, muy parecido a cómo solo una llave puede abrir una cerradura en particular.
El importante desafío superado por el equipo galardonado fue desarrollar la capacidad de observar las biomoléculas en su estado natural. Antes del advenimiento de la microscopía crioelectrónica, se visualizaron con cristalografía de rayos X.
También se pensó que los microscopios electrónicos solo eran adecuados para obtener imágenes de materia muerta, porque el poderoso haz de electrones destruye el material biológico.
El avance clave llegó con el desarrollo de un proceso para congelar rápidamente una muestra. Esto permitió capturar las biomoléculas en su configuración personalizada.
El equipo identificó al principio de su trabajo que congelar una muestra antes de la visualización puede proporcionar la mejora necesaria para interrogar completamente las biomoléculas.
En los ultimos años, Los investigadores han publicado estructuras atómicas de numerosos complejos de proteínas complicados:(izquierda, a) un complejo proteico que gobierna el ritmo circadiano, (centrar, b) un sensor del tipo que lee los cambios de presión en el oído y nos permite oír, y (derecha, c) el virus Zika. Crédito:La Real Academia Sueca de Ciencias.
Congelado en el tiempo
Aquí es donde comienza la diversión. Aunque suena intrínsecamente simple, congelar rápidamente una muestra es particularmente difícil.
Si el proceso elimina el agua de la muestra, la biomolécula colapsa, perdiendo la configuración natural deseada por los investigadores. Si la muestra se congela demasiado lentamente, se forman cristales de hielo, que también interfiere con la configuración de la biomolécula.
El equipo desarrolló un proceso conocido como vitrificación. Esto congela la muestra a -190 ℃ mientras se coloca sobre una malla de alambre, un enfoque elegantemente simple para resolver un problema difícil.
Como la mayoría de los logros científicos ganadores de premios Nobel, el desarrollo fue incremental. Los cambios realizados por el equipo durante muchos años permitieron la combinación del proceso de congelación (desarrollado en 1978) y la tecnología de microscopía, que solo se realizó por completo en 2013.
Esta combinación y el avance de la tecnología permitieron la obtención de imágenes de biomoléculas de alta resolución.
Desbloqueo de un virus
Entonces, ¿qué significa todo esto? Bien, comprender la configuración de la cerradura permite a los científicos cortar una llave en particular.
Los virus son biomoléculas grandes. Una vez visualizado, los científicos pueden identificar moléculas o desarrollar claves farmacéuticas que puedan encajar en su estructura para romperlas o interrumpir su función.
Un ejemplo del poder de la microscopía crioelectrónica se ve a través de la rápida caracterización del virus Zika poco después de que se identificara por primera vez como un importante riesgo para la salud mundial.
La identificación de la configuración del virus y el bolsillo de la biomolécula que se une a su huésped será la base de los estudios en curso sobre la mejor manera de combatir este virus.
La tecnología también ha tenido un impacto en la mesa de la cena. Un equipo de investigación de EE. UU. Ha investigado el componente sensible al calor de la lengua, destacando el sensor de wasabi. Esto puede ofrecer el potencial para comprender mejor los nuevos enfoques de manejo del dolor.
En Australia, un consorcio está explotando el poder de esta tecnología para investigar enfermedades relacionadas con el sistema inmunológico con el fin de desarrollar mejores protocolos de tratamiento.
La microscopía crioelectrónica será un área interesante para observar en un futuro próximo, tanto para cerrajeros como para entusiastas de la ciencia.
Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original. 
