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Observan por primer vez en 3D nanomáquinas funcionando dentro de las células

Científicos del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona), en colaboración con investigadores de la Universidad de Ginebra en Suiza y el Centro Andaluz de Biología del Desarrollo de Sevilla, han observado por primera vez en tres dimensiones (3D) nanomáquinas funcionando dentro de las células.
"Las técnicas 'in vitro' disponibles son excelentes y nos permiten ver el detalle del átomo, pero la información que nos dan es limitada. No entenderemos cómo funciona un motor si lo desmontamos y sólo nos fijamos en sus piezas por separado. Necesitamos ver el motor ensamblado en el coche y en funcionamiento. En biología, no tenemos todavía las herramientas para visualizar el engranaje entero de una célula viva, pero con esta técnica que hemos desarrollado damos un salto, y podemos ver, en 3D, cómo los complejos de proteínas llevan a cabo sus funciones", ha explicado el coordinador del trabajo, Oriol Gallego.
En concreto, la nueva estrategia integra métodos de microscopía de superresolución, invención premiada con el Nobel de Química en 2014, modificación genética y modelado computacional. De esta forma, la tecnología permite observar complejos proteicos con una precisión de cinco nanómetros, esto supone una resolución cuatro veces mejor de lo que ofrece la superresolución y que nos permite llevar a cabo estudios de biología celular hasta ahora inviables.
Anteriormente, investigadores modificaron células genéticamente para crear dentro unos soportes artificiales donde pueden anclar los complejos de proteínas. Estos soportes están diseñados de forma que permiten controlar desde qué perspectiva se observa la nanomáquina inmovilizada.
Posteriormente, con técnicas de superresolución miden las distancias entre los diferentes componentes y las integran por ordenador, en un proceso similar al utilizado por el GPS, para determinar la estructura 3D del complejo proteico.
ESTRUCTURA COMPLETA DE UNA NANOMÁQUINA CENTRAL EN LA EXOCITOSIS
A través de este método, el equipo de investigadores, cuyo trabajo ha sido publicado en la revista 'Cell' y recogido por la plataforma Sinc, ha estudiado la exocitosis, un mecanismo que la célula utiliza para relacionarse con el exterior, como es el caso de las neuronas que se comunican entre si liberando neurotransmisores mediante exocitosis. El estudio ha permitido revelar la estructura completa de una nanomáquina central en la exocitosis, y que hasta ahora era un enigma.
"Ahora entendemos cómo funciona esta máquina formada por ocho proteínas y para qué son importantes cada una de ellas. Este conocimiento ayudará a entender mejor la implicación de la exocitosis en cáncer y metástasis, donde la regulación de esta nanomáquina está alterada", ha explicado Gallego.
El conocimiento sobre cómo trabajan las nanomáquinas que llevan a cabo las funciones celulares, tiene implicaciones biomédicas ya que los desajustes en estos engranajes pueden provocar enfermedades. Y es que, con la nueva estrategia se podrán estudiar maquinarias de proteínas en células sanas y en células enfermas.
Por ejemplo, se podría ver cómo los virus y las bacterias utilizan nanomáquinas proteicas durante el proceso de infección o entender mejor aquellos defectos de los complejos que causan patologías y poder diseñar estrategias para repararlos.
La técnica, por ahora, se puede aplicar a maquinarias relativamente grandes. "Ver complejos proteicos de cinco nanómetros es una gran mejora, pero aún queda un largo camino para poder observar el interior celular con el detalle atómico que proporcionan las técnicas in vitro. En todo caso, creo que el futuro pasa por integrar varios métodos y combinar las ventajas de cada uno", ha zanjado el experto.