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Nanoscopía de Biomacromoléculas:
una revolución en la Bioquímica
Los científicos que estudian la
composición de los materiales han
logrado desde hace décadas usar
sofisticados microscopios para analizar
la materia e identificar la posición de
los átomos individuales que conforman
los materiales que estudian. Si es
tan sencillo como suena, ¿por qué
los estudiosos de los fenómenos
bioquímicos que ocurren en las células
no usan las mismas técnicas para “ver”
y explicar los cambios moleculares
que ocurren en las biomacromoléculas
cuando se comportan en forma
anómala y el organismo se enferma?
Esta capacidad de “ver” el comporta-
miento de las proteínas, ácidos nuclei-
cos, grasas y azúcares parece un sueño;
sin embargo, empieza a realizarse. Para
entender porqué ahora está sucedien-
do y no lo había hecho antes, habría
que reflexionar un poco sobre los cam-
bios conceptuales y tecnológicos que
han permitido esta revolución en la for-
ma de “ver” a las biomacromoléculas.
Microscopía de fotones u óptica
Como especie, los humanos depen-
demos constantemente de la vista para
sobrevivir y aunque es nuestro sentido
más valioso también tiene limitaciones.
Debido al pequeño ángulo de luz que
nuestros ojos captan, a la densidad de
células en la retina y a la longitud de
onda de la luz que las proteínas recep-
tores detectan, nos es imposible ver ob-
jetos menores a 0.1 mm. Para poder ver
cosas más pequeñas se han creado los
microscopios, cuyo componente esen-
cial son lentes mucho más grandes que
nuestros ojos.
¡Qué mejor forma de entender las moléculas que simplemente viéndolas!
Muchas veces las descripciones de los fenómenos moleculares parecen complejas,
pero, ¿podría ser más fácil usando un microscopio suficientemente poderoso para
simplemente “ver” qué pasa con las moléculas?
Dr. Héctor Viadiu
A través de éstos podemos enfocar
los fotones de los haces de luz que
son reflejados por áreas pequeñas del
objeto, y así ampliamos los detalles de
esa pequeña área hasta dimensiones
que nuestros ojos pueden observar.
Sin
embargo,
aún
los
mejores
microscopios ópticos tienen la limitante
de que la longitud de onda de la luz
visible es de alrededor de 0.0005 mm
(500 nm); por lo que ésta define un
límite físico para observar un objeto,
llamado límite de Nyquist. Esto nos
ha restringido, cuando utilizamos
microscopios de luz visible, a observar
solamente objetos mayores a la mitad
de la longitud de la luz visible; es
decir mayores a 0.0002 mm o 200
nm. Dicha restricción es tan grande
que tres investigadores recibieron el
Premio Nobel de Química en 2014
por sobrepasarla, al diseñar nuevos
métodos para colectar y procesar
imágenes. Con estos avances, la
resolución de los microscopios ópticos
mejoró hasta 0.00002 mm o 20 nm, sin
que aún estas imágenes nos permitan
observar los detalles moleculares de
las biomacromoléculas.
Microscopía de electrones
Regresando a la afirmación de que los
físicos de materiales han podido “ver”
átomos, nos preguntamos ¿cómo lo
han hecho? Lo han logrado usando el
microscopio electrónico inventado en
1931 por Ernst Ruska. Este investigador
sabía que para sobrepasar las
limitaciones de la microscopía óptica,
tenía que usar partículas que tuvieran
una longitud de onda mucho más
pequeña que la luz visible. Una opción
era usar Rayos X, cuya longitud de
onda de 0.0000001 mm o 0.1 nm coincide
con las distancias interatómicas y, por
tanto, se ha convertido en el método
predilecto para estudiar la materia a través
de la cristalografía de Rayos X. No obstante,
al no existir lentes que permitan enfocarlos
para formar imágenes de las moléculas,
las exigencias técnicas para hacer crecer
cristales de biomacromoléculas y analizar
su patrón de difracción, son arduas. Como
una alternativa que permite estudiar
la composición atómica de la materia,
Ruska concibió el diseño de lentes
electromagnéticos para enfocar electrones
los cuales viajan con longitudes de onda
similares a los Rayos X.
Entonces, si llevamos años usando el
microscopio electrónico para estudiar las
células y los físicos han perfeccionado sus
técnicas por décadas para “ver” los átomos
de los materiales: ¿por qué aún no “vemos”
a las biomacromoléculas que constituyen a
lascélulas? Esverdadqueaúnnosealcanzan
rutinariamente resoluciones atómicas al
estudiarlas, pero este campo científico ha
empezado a cambiar significativamente y
estamos al inicio de una revolución dentro
de la biología molecular en la que más y
más frecuentemente empezaremos a “ver”
a las biomacromoléculas.
