Un cristal de una proteína roja fluorescente colocado en un instrumento combinado que consta de un microscopio de fluorescencia y un difractómetro de rayos X. El cristal se ilumina en rojo cuando se ilumina con un rayo láser azul. Crédito:Petr Pachl / IOCB Praga
Los investigadores dirigidos por Josef Lazar del Instituto de Química Orgánica y Bioquímica de la Academia Checa de Ciencias (IOCB Praga) han demostrado que las moléculas de proteínas fluorescentes actúan como antenas con propiedades ópticas (es decir, la capacidad de absorber y emitir luz) que dependen de su espacio. orientación. Descubierto por primera vez en medusas, Las proteínas fluorescentes se utilizan ampliamente en la actualidad en estudios de procesos moleculares en células y organismos vivos. Las propiedades recientemente descritas de estas moléculas encontrarán aplicaciones en la investigación biológica básica, así como en el descubrimiento de nuevos fármacos. Un equipo de investigadores del IOCB Praga, el Instituto de Microbiología, y el Instituto de Genética Molecular de la Academia Checa de Ciencias ha publicado los hallazgos en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
Para lograr estos resultados, los investigadores produjeron cantidades suficientes de proteínas fluorescentes mediante el uso de bacterias modificadas genéticamente, identificó las condiciones bajo las cuales las proteínas forman cristales, y determinó la estructura atómica de los cristales. Empleando un microscopio único desarrollado dentro del grupo, luego midieron cómo estos cristales absorben y emiten luz, ya partir de los datos calcularon las propiedades direccionales de las moléculas individuales. Esto les permitió verificar que las moléculas de proteína fluorescentes no se comportan como pequeños puntos luminiscentes, ya que a menudo se asumen erróneamente, sino más bien como antenas en miniatura. Al igual que las antenas de radio, Wifi, y transmisión de televisión, estas moléculas solo absorben la luz de ciertas direcciones. Igualmente, solo emiten luz en ciertas direcciones. Los investigadores también lograron establecer con precisión estas direcciones.
Se asumió la posibilidad de que las moléculas de proteínas fluorescentes se comporten como antenas capaces de absorber luz extraña, pero durante mucho tiempo resultó difícil de confirmar, y eso limitó sus aplicaciones. Los obstáculos han sido superados por Josef Lazar de IOCB Praga y su equipo, que se especializa en el desarrollo y uso de métodos avanzados de microscopía óptica.
Un cristal de una proteína roja fluorescente colocado en un instrumento combinado que consta de un microscopio de fluorescencia y un difractómetro de rayos X. El cristal se ilumina en rojo cuando se ilumina con un rayo láser azul. Crédito:Petr Pachl / IOCB Praga
"Según los resultados de otros laboratorios y el nuestro, sospechábamos que las moléculas de proteínas fluorescentes probablemente se comportaban como antenas. Sin embargo, Nos sorprendió ver cuán cierta es esa analogía y con qué precisión pudimos establecer las direcciones desde las cuales estas moléculas absorben la luz y la emiten. "dice Josef Lazar.
El hecho de que las moléculas de proteínas fluorescentes funcionen como antenas en miniatura es interesante no solo como una curiosidad de la física, sino que también puede tener importantes aplicaciones prácticas. Unir una proteína fluorescente a alguna otra proteína de interés significa conectarle una antena en miniatura que luego se puede usar para establecer, en detalle, cambios en la forma de las moléculas de la proteína de interés, directamente en una celda viva. Tales cambios en la forma molecular pueden ser inducidos por un fármaco, por ejemplo. Por tanto, el presente descubrimiento encontrará aplicaciones en el estudio de importantes procesos fisiológicos a nivel molecular, así como en el descubrimiento de nuevos fármacos.
Cristales de la proteína fluorescente mTurquoise2 como se ve en un microscopio óptico. Crédito:Josef Lazar / IOCB Praga
"La importancia de nuestro hallazgo radica en el hecho de que, aunque las moléculas de proteínas fluorescentes se utilizan ampliamente en la investigación biológica, su capacidad para comportarse como antenas aún no se aprecia completamente, ni realmente se está utilizando. El conocimiento de las propiedades direccionales de las proteínas fluorescentes puede conducir a nuevas formas de utilizar estas útiles moléculas. "explica Lazar.
En colaboración con otros grupos en IOCB Praga, El equipo de Lazar ya está intentando aplicar los presentes hallazgos en, por ejemplo, el estudio de los efectos fisiológicos de la insulina y el desarrollo de sustitutos de la insulina para uso oral. Otro ejemplo de una posible aplicación del presente descubrimiento es el rastreo de señales eléctricas en las células nerviosas, lo que podría resultar beneficioso en el estudio del cerebro y las enfermedades neurológicas.
