Viaje al centro de la célula: el Nobel de Química premia el nanoscopio

Escrito por , 9 de octubre de 2014 a las 12:00
Viaje al centro de la célula: el Nobel de Química premia el nanoscopio
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Viaje al centro de la célula: el Nobel de Química premia el nanoscopio

Escrito por , 9 de octubre de 2014 a las 12:00

Eric Betzig, Stefan W. Hell y William E. Moerner reciben el Premio Nobel de Química por la invención del nanoscopio. Esta herramienta permite ver objetos dos mil veces más finos que un cabello humano.

La sede del Instituto Karolinska acogió la presentación del Premio Nobel de Química 2014, un galardón que ha reconocido una técnica que nos permite ir más allá de lo visible para conocer cada una de las estructuras que conforman nuestro organismo. Como ha explicado el profesor Sven Lidin, “el premio ensalza lo importante que resulta ver en ciencia”.

Durante décadas, los investigadores usaron el microscopio óptico para analizar cómo eran nuestras células. Para utilizar esta técnica, las muestras debían cortarse en piezas muy finas, para fijarse y poder ser observadas por este tipo de microscopía. Como consecuencia, las preparaciones estaban muertas, y sólo podíamos ver bajo el microscopio lo que habíamos conseguido ‘captar’ antes de fijar la muestra.

Ya en el siglo XIX, Ernst Abbe y Lord Rayleigh formularon una barrera para esta técnica microscópica, conocida como el límite de difracción de Abbe. La difracción de la luz era un obstáculo para ver al microscopio óptico estructuras demasiado pequeñas, de forma que sólo podíamos observar células humanas, bacterias y algunas estructuras celulares grandes, como las mitocondrias (consideradas como nuestras fábricas de energía).

Nobel de Química

¿Podríamos llegar alguna vez a observar las moléculas que conformaban nuestras células? Hoy en día sabemos que las enfermedades pueden verse primero en una célula. Un mutación en nuestro ADN, por ejemplo, puede provocar la aparición de cáncer. Una acumulación descontrolada de proteínas puede inducir la aparición de enfermedades neurodegenerativas. Observar lo que pasa en el mundo invisible en tiempo real resultaba clave para entender los procesos patológicos y poder encontrar una cura.

Como si de unos Julio Verne se trataran, los tres científicos galardonados hoy con el Premio Nobel de Química decidieron bordear el límite de Abbe de una forma imaginativa. No hay duda que, de alguna forma, reescribieron la novela biológica, que pasaría a llamarse Viaje al centro de la célula. De este modo nacería el microscopio fluorescente de súper resolución, también conocido como nanoscopio.

Para lograrlo, los investigadores implementaron el uso de moléculas fluorescentes, que servirían como interruptores para ‘encender’ y ‘apagar’ nuestra visión de lo que sucede en el interior de una célula. Para pulsar el botón, encontraron una solución ingeniosa: la utilización de dos láseres, que estimularían la fluorescencia y al mismo tiempo eliminarían los haces de luz que no fueran propios del interruptor. Este método, conocido en inglés como stimulated emission depletion (STED), fue desarrollado por Stefan Hell en 1994.

Nobel de Química

 

Tres años después, el concepto teórico de los interruptores de Hell fue hecho realidad. Y es que William E. Moerner lograba identificar una molécula, la proteína verde fluorescente (GFP) como un sistema adecuado para funcionar en la nueva microscopía de fluorescencia. Su artículo, publicado en Nature, adelantaba una posibilidad futurista: podríamos comenzar a trabajar a nivel de una única molécula, sorteando el límite de Abbe de 0,2 micrómetros.

Betzig, el último de los protagonistas del Nobel de Química, es un investigador que en la década de los noventa estaba desencantado con la ciencia. Tan harto estaba, que había dejado su trabajo en los Laboratorios Bell, aunque su obsesión por el límite de Abbe se mantenía intacta. Un día paseando dio con la idea que unía el trabajo de Hell y Moerner: usar diferentes moléculas fluorescentes y superponer las imágenes que se tomaran, para tener una fotografía mucho más precisa de lo que veíamos al microscopio, superando por fin la barrera de Abbe.

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En 2005, Eric Betzig demostró que sus teorías podían convertirse en realidad. Y lo hizo probando el nuevo nanoscopio para observar lisosomas, conocidos por ser las “estaciones de reciclaje” de nuestras células. Sus resultados fueron realmente espectaculares, ya que logró ver las envolturas de estas estructuras con una resolución varias veces mayor (fotografías del centro y de la derecha) que la obtenida por microscopía convencional (imagen de la izquierda).

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Como explicaban durante la rueda de prensa, la técnica del nanoscopio ha permitido grandes avances en biología y bioquímica. Los tres premiados con el Nobel de Química siguen aún trabajando, mejorando nuestro conocimiento sobre las conexiones nerviosas (Stefan Hell), la enfermedad de Huntington (W. E. Moerner) y el desarrollo embrionario (Eric Betzig), gracias a su pionera metodología.

Curiosamente, los tres investigadores son físicos, galardonados en la categoría de química por unos avances imprescindibles para la biología. Sin duda, su reconocimiento es también una muestra de la importancia de la ciencia multidisciplinar. La que hoy nos permite contemplar en tiempo real estructuras 2.000 veces más finas que un cabello humano.

Imágenes | Ryan Jeffs (Wikimedia), Nobel Prize

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