Las proteínas motoras generan las fuerzas para los procesos mecánicos esenciales de nuestro cuerpo. En una escala de nanómetros, una millonésima de milímetro, proteínas motoras, por ejemplo, potencian nuestros músculos o transportan material dentro de nuestras células. Tales movimientos, invisible a simple vista, Erik Schäffer puede hacer visible:el profesor de Nanociencia Celular de la Universidad de Tübingen desarrolla microscopios de fuerza especial, las llamadas pinzas ópticas, para medir cómo funcionan mecánicamente estas máquinas moleculares. Su equipo en el Centro de Biología Molecular Vegetal ahora ha mejorado la tecnología. Sondas especiales, nanoesferas de germanio, permiten una mayor resolución de los desplazamientos y fuerzas que generan los motores. Los resultados se han publicado en la revista Ciencias .

Con un tamaño de solo 60 nanómetros, las proteínas motoras estudiadas son realmente pequeñas, pero esencial para los procesos celulares. Entre otras cosas, ayudan a separar mecánicamente los cromosomas durante la división celular, o transportan pequeños "paquetes, "las llamadas vesículas, dentro de las celdas. Motores disfuncionales, por ejemplo en las células nerviosas, puede provocar enfermedades neurológicas como el Alzheimer.

Para desentrañar cómo funcionan las proteínas motoras, El biofísico Erik Schäffer desarrolló unas pinzas ópticas ultraprecisas. Se basan en principios ya descubiertos por el astrónomo Johannes Kepler en 1609. Para su invención, el físico Arthur Ashkin recibió el Premio Nobel en 2018. Las pinzas ópticas aprovechan la presión de radiación de la luz láser para mantener sin contacto partículas diminutas en su lugar. Usando esta herramienta, Schäffer ha podido demostrar hace unos años que la proteína motora kinesina gira al caminar:con dos "pies, "Se necesitan pasos grandes de ocho nanómetros dando media vuelta cada vez, casi como si se estuviera ejecutando un vals vienés.

El doctorado de Schäffer. El estudiante Swathi Sudhakar ha perfeccionado aún más la tecnología de las pinzas ópticas. Usando nanoesferas de germanio, sondas mucho más pequeñas y de mayor resolución, todavía se puede contrarrestar lo inimaginablemente pequeño, fuerzas de cinco piconewton de los motores biológicos. Esto significa que los investigadores ahora pueden medir incluso los movimientos más pequeños y rápidos que hasta ahora estaban ocultos en la tormenta del movimiento térmico desigual inherente a las partículas pequeñas.

Con la nueva tecnología, los investigadores pudieron rastrear la kinesina en tiempo real, y Sudhakar detectó otro paso intermedio en su locomoción, haciendo que el vals sea casi perfecto. "Si existe este paso intermedio se ha debatido entre los científicos durante 20 años, "Dice Schäffer." Pudimos medir esto directamente por primera vez usando pinzas ópticas ". Además, las nanoesferas revelaron un mecanismo de deslizamiento del motor previamente desconocido. "Es una especie de correa de seguridad que mantiene el motor en marcha si la carga es demasiado alta, ", dice Schäffer. Este mecanismo explica la alta eficiencia del transporte de vesículas en las células, él añade. "Si conocemos en detalle cómo funcionan los motores kinesin, También podemos comprender mejor los procesos celulares vitales que impulsan los motores, así como disfunciones que pueden provocar enfermedades ".

Schäffer compara la nueva tecnología con "echar un buen vistazo bajo el capó" de las máquinas moleculares. Él dice eso ahora los investigadores no solo pueden observar con precisión los movimientos individuales de las máquinas moleculares; también pueden comprender mejor, por ejemplo, cómo las proteínas se pliegan en su estructura correcta. "Como semiconductores, las nanoesferas tienen excitantes propiedades ópticas y eléctricas adicionales. Por lo tanto, podrían ser útiles en otras áreas de la nanociencia y la ciencia de los materiales, por ejemplo, para mejores baterías de iones de litio, ", Dice Schäffer.