Las proteínas y moléculas se ensamblan y desmontan de forma natural como parte de muchos procesos biológicos esenciales. Es muy difícil observar estos mecanismos, que a menudo son complejas y tienen lugar a escala nanométrica, mucho más pequeño que el rango visible normal. En EPFL, sin embargo, un equipo interdisciplinario de investigadores ha inventado y aplicado una técnica que permite examinar estos mecanismos con una precisión sin precedentes. Su trabajo es el tema de un artículo publicado en Nanotecnología de la naturaleza .
Las estructuras nanométricas solo se pueden ver con microscopios especiales, como microscopios de fuerza atómica, que se inventaron a mediados de la década de 1980. Estos instrumentos crean una imagen "sintiendo" físicamente la topografía de la muestra con una punta atómicamente afilada al final de un diminuto voladizo. Luego, la muestra se escanea punto por punto para crear una imagen. Como esto lleva tiempo, sólo se pueden obtener imágenes de muestras estáticas con microscopios de fuerza atómica convencionales. Sin embargo, esto no sirve de nada cuando los científicos quieren observar muestras diminutas que cambian con el tiempo, como conjuntos de proteínas.
"El cambio es esencial para la materia viva y, por lo tanto, es crucial para los procesos biológicos, "explica el profesor Georg Fantner, quien dirige el Laboratorio de Bio y Nanoinstrumentación de EPFL (LBNI). "Así que era esencial que encontráramos una manera de observarlo".
Para observar procesos en una muestra que cambia con el tiempo, debe aumentarse la velocidad de escaneo. Sin embargo, en microscopios atómicos rápidos tradicionales, las fuerzas ejercidas por la medición pueden interferir con el proceso de ensamblaje molecular, especialmente porque los ensamblajes de proteínas son a menudo muy frágiles. Los investigadores de EPFL encontraron un método que resolvió el problema, controlando la interacción física de la punta afilada con mucha precisión utilizando luz láser pulsada. Esto aumentó drásticamente la velocidad de escaneo mientras se preservaba el movimiento de escaneo suave pero extremadamente preciso.
2, 000 líneas por segundo
"Lo logramos usando dos láseres en el microscopio, uno de los cuales apunta a la base del voladizo, calentarlo localmente y, por lo tanto, doblarlo ligeramente, "dice Adrian Nievergelt, un doctorado estudiante de LBNI y co-primer autor del artículo. "Doblando el voladizo, podemos sondear la superficie mucho más rápido, manteniendo un buen control del movimiento general. Además, mejoramos el rendimiento general del sistema, permitiéndonos escanear hasta 2, 000 líneas por segundo ".
Los investigadores probaron esta nueva tecnología para analizar la dinámica de la formación de anillos proteicos SAS-6. Esta familia de proteínas juega un papel clave en el ensamblaje de centriolos, que son diminutos orgánulos conservados de las algas a los hombres, fundamental para la motilidad y división celular. El nuevo instrumento permitió a los investigadores por primera vez visualizar las diversas etapas del ensamblaje de anillos de las proteínas SAS-6 en tiempo real "Este es un cambio de juego crítico para el campo", dice el profesor Pierre Gönczy, experto en biología de centríolos y coautor del estudio. "Ahora finalmente tenemos un método para observar directamente cómo este componente celular crítico se ensambla en un anillo como un polímero", añade Niccolò Banterle, becario postdoctoral en el laboratorio Gönczy y co-primer autor del estudio. "Esto nos permite comprender mejor cómo la naturaleza controla el ensamblaje de algunos de los componentes básicos más pequeños de la vida".
