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Crio-Microscopía Electrónica o
Nanoscopía
¿Qué ha revolucionado el conocimiento
bioquímico? Gracias a una serie de
avances conceptuales y tecnológicos, ha
surgido un nuevo campo llamado crio-
microscopía electrónica o nanoscopía de
biomacromoléculas. Por más de treinta
años -hasta que en los años 70´s los
paradigmas experimentales cambiaron
hacia el uso de técnicas de biología
molecular-, las imágenes tomadas con el
microscopio electrónico revolucionaron
ciertos conceptos de la biología celular. A
pesar del auge de la biología molecular,
calladamente, los avances dentro de la
microscopía electrónica han continuado.
Quizás la primera diferencia conceptual
que ocurrió fue la de entender que las
imágenes producidas por el microscopio
Lectura recomendada:
Xiao-chen Bai ; McMullan, G.; Scheres, S.H.W. How cryo-EM is revolutionizing
structural biology.
Trends Biochem. Sci.
2015, 40, 1, 49-57.
electrónico de transmisión podían
verse no tan sólo como fotografías, sino
como pixeles que podían cuantificarse
y manipularse. Aaron Klug recibió el
Premio Nobel de Química en 1982, en
parte por este nuevo uso cuantitativo
de las imágenes del microscopio
electrónico
que
permite
extraer
información más detallada (aunque
en ese tiempo aún estábamos lejos de
extraer información a nivel atómico).
La principal razón que ha detenido a los
bioquímicos que usan este instrumento
para estudiar la estructura atómica de las
biomacromoléculas es que las muestras
biológicas son mucho más frágiles que
las muestras de los materiales que los
físicos estudian. Típicamente en ciencias
de materiales se analizan muestras
comparativamente simples, con átomos
pesados y enlaces fuertes, que pueden
irradiarse con altas dosis de electrones
que rápidamente destruirían a las
biomacromoléculas hechas con átomos
más ligeros y con enlaces más débiles. En
décadas anteriores, los microscopistas
han desarrollado técnicas que permiten
congelar y preservar sus muestras de
forma que se dañen menos al irradiarlas
con electrones. También existe una
evolución en el uso de computadores y
algoritmos más poderosos para analizar
un mayor número de imágenes que
contienen informaciónde alta resolución
provenientes de microscopios más
sofisticados.
El último paso de la sucesión de avances
que produce esta revolución en el estudio
de las biomacromoléculas se debe a la
comercialización de un nuevo tipo de
detectores de electrones para colectar
imágenes en el microscopio electrónico
de transmisión. Estos detectores, llamados
directos de electrones, permiten tomar
impresiones con dosis muy pequeñas
de electrones sin dañar a las proteínas,
además de que las distorsiones en éstas
se pueden corregir. Dichos instrumentos
empezaron a comercializarse en 2013
y han producido datos de tan alta
calidad que ha habido una explosión de
estructuras publicadas en los dos últimos
años.
En conclusión, una serie de avances
conceptuales y tecnológicos están
permitiéndonos ver, literalmente, a las
biomacromoléculas por primera vez a
través del microscopio electrónico.
La posibilidad de una mayor facilidad
en el uso de esta técnica, en lugar
de la cristalografía de Rayos X, para
determinar la estructura atómica de las
biomacromoléculas prevé una revolución
de descubrimientos que redefinirán
conceptos y mecanismos bioquímicos.
Afortunados somos los que nos ha tocado
vivir en estos tiempos en que se resolverán
problemas biomédicos que han estado
estancados por muchos años, y que
ayudarán a concebir nuevos tratamientos
médicos.
Figura 1: Densidad Electrónica y Modelo Atómico de un Complejo entre Proteína y DNA.
Microscopio:
Talos Arctica
(Resuelve estructuras 3D
macromoleculares de manera rápida, eficiente y
precisa).
