(PhysOrg.com) - Los investigadores están descubriendo que la capacidad de ver cosas muy pequeñas (objetos 20, 000 veces más delgado que un cabello humano, puede ayudar a responder grandes preguntas biológicas. Por eso Jennifer Ross, un físico de la Universidad de Massachusetts Amherst, está construyendo un nuevo microscopio que logra una superresolución, permitiendo a los científicos ver moléculas 100 veces más pequeñas que las visibles usando microscopía óptica tradicional.

Los investigadores están descubriendo que la capacidad de ver cosas muy pequeñas (objetos 20, 000 veces más delgado que un cabello humano, puede ayudar a responder grandes preguntas biológicas. Por eso Jennifer Ross, un físico de la Universidad de Massachusetts Amherst, está construyendo un nuevo microscopio que logra una superresolución, permitiendo a los científicos ver moléculas 100 veces más pequeñas de lo que son visibles usando microscopía de luz tradicional.

Ross está particularmente interesado en usar el microscopio para determinar cómo una proteína especializada llamada tubulina controla la división celular. Ella y Patricia Wadsworth, un biólogo de UMass Amherst, recientemente recibieron $ 684, 000 otorgado por los Institutos Nacionales de Salud a través de la Ley de Recuperación y Reinversión de Estados Unidos para desarrollar un microscopio que incorpora dos técnicas de fluorescencia de vanguardia que brindan a los investigadores la capacidad de observar y rastrear moléculas de proteínas individuales. UMass Amherst es la segunda universidad del país en utilizar uno de estos, llamado Microscopía de reconstrucción óptica estocástica (STORM).

El nuevo microscopio, que se construirá durante el próximo año, permitirá una precisión mucho mayor en la identificación de objetos, como ciertas proteínas celulares, al permitir que los científicos los vean individualmente y observen su movimiento en tiempo real. Ross dice que esto ayudará a prácticamente todas las disciplinas científicas a ayudar a responder preguntas importantes, desde cómo se comunican las neuronas entre sí en el cerebro hasta cuáles son las fuentes de energía verde más eficientes.

Las etiquetas fluorescentes especiales utilizadas con el nuevo microscopio le permitirán ver moléculas individuales que controlan la división celular, trabajando en tiempo real, en células vivas. Ver las tubulinas individuales en su entorno normal debería darle una mejor idea de cómo los procesos que controlan pueden salir mal. Esto podría contribuir a que los investigadores comprendan cómo el crecimiento celular descontrolado puede provocar cáncer.

Hasta ahora, La observación de proteínas individuales ha implicado aislar estas proteínas de las células en las que operan. Pero observar una sola molécula extraída de su entorno natural significa que se pierden las interacciones y los comportamientos normales. "Así no es realmente la celda, ”Dice Ross.

La primera generación de proteínas de fluorescencia (que recientemente le valió a los descubridores un Premio Nobel) ayudó a resolver este problema al permitir a los científicos cierta capacidad para observar cómo las proteínas marcadas interactúan en tiempo real dentro de las células. Pero cuando muchas moléculas se etiquetan con fluorescencia dentro de una célula, la cantidad de luz que emiten impide que los observadores vean lo que hacen las proteínas individuales porque todas emiten fluorescencia a la vez, creando un resplandor. Al etiquetar todas las proteínas similares en una célula, se obtiene una imagen demasiado borrosa para proporcionar datos útiles.

La nueva técnica de marcado utilizada con el microscopio resuelve este problema agregando un "interruptor de luz" que permite al investigador controlar el marcador fluorescente. En lugar de estar encendido constantemente, Las etiquetas fluorescentes se pueden seleccionar individualmente para encenderse usando pequeñas cantidades de luz violeta, permitiendo que cada proteína se vea individualmente. Como explica el físico, cuando solo se usa una pequeña cantidad de luz, actúa como una partícula en lugar de una onda y excita sólo una molécula marcada con fluorescencia a la vez.

Más lejos, la fluorescencia de estas proteínas solo dura unos segundos y luego se oscurece. Otro pequeño conjunto de proteínas se puede encender con más luz violeta. Usado de esta manera, el nuevo, Un microscopio más preciso puede crear un mapa de las proteínas individuales, que se captura con una cámara de alta resolución.

El nuevo microscopio también resuelve otro problema importante asociado con la primera generación de microscopios ópticos:las imágenes son tan borrosas que las moléculas a menudo parecen tener 50 veces su tamaño real. Esto se debe a la gran cantidad de fluorescencia que emite cada proteína etiquetada; los investigadores no pueden distinguir entre el objeto real y la mancha difusa de luz que lo rodea. El efecto sobre los investigadores es muy parecido a pedir indicaciones para llegar a una oficina en particular y que solo se les diga en qué edificio se encuentra, Ross explica, sin una ubicación exacta, la respuesta no es útil.

Las nuevas técnicas de fluorescencia aprovechan el hecho de que la luz más brillante emitida por los objetos procederá de sus centros. Ross y sus colegas desarrollaron una fórmula matemática que puede ajustarse a la forma del patrón de intensidad de luz de una sola molécula. Esto permite que una computadora ubique el centro de la proteína a 20 mil millonésimas de metro en lugar de 200, haciendo que el objeto se parezca mucho más al tamaño real.

Ross resume que tanto las técnicas de microscopía de localización y fotoactivada de fluorescencia (FPALM) como STORM que ella y sus colegas están perfeccionando deberían permitir a los científicos ver moléculas individuales excitando las etiquetas fluorescentes con una pequeña cantidad de luz. STORM utiliza tintes ligeramente diferentes que se pueden "ajustar" para marcar moléculas específicas. Al marcar diferentes proteínas con diferentes etiquetas fluorescentes, Los científicos también pueden observar la dinámica de múltiples proteínas al mismo tiempo, no es posible en microscopía de fluorescencia de primera generación.