Gustavo González Gaitano, Catedrático de Química Física en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Navarra

Cool is better: ver las moléculas fríamente

    
05/10/17 Publicado en Diario de Navarra

Un amigo arquitecto me habló en una ocasión de un principio de diseño que dice que la forma sigue a la función. En Bioquímica suele ser al revés. Visto un sacacorchos, intuimos cómo usarlo para abrir una botella. Determinada la estructura tridimensional de una biomolécula (como las proteínas o el ADN) podemos averiguar la misión que tiene y cómo va a interactuar con otras moléculas. Ver es conocer, y el Nobel de Química de este año, otorgado por la Academia Sueca a Jacques Bubochet, Joachim Frank y Richard Henderson por el desarrollo de la criomicroscopía electrónica para la determinación tridimensional de alta resolución de biomoléculas en disolución, trata, precisamente, de ser capaces de ver, con todo lujo de detalles, moléculas tan complicadas como fundamentales.

Richard Henderson investigó en Cambridge, cuna de la cristalografía de biomoléculas, la estructura de ciertas proteínas que se encuentran en la membrana celular. El problema que presentan estas proteínas es su inmediato deterioro cuando se las saca de su entorno: tienden a apelotonarse y son reacias a formar cristales, condición indispensable para los estudios con rayos X, la técnica habitual en estos casos. La alternativa era emplear microscopía electrónica de transmisión en la que, a diferencia de un microscopio convencional, se usa un haz de electrones. Sin embargo, usar electrones literalmente incinera la muestra, tanto más cuanto más resolución se desea conseguir y supone aplicar vacío, condiciones en las que las biomoléculas se deshidratan y cambian su estructura por completo. La solución fue estudiar una proteína en su “jugo” (la misma membrana celular) con chorros de electrones suaves desde muchas orientaciones distintas. Combinando la información fue posible obtener, por primera vez, la estructura 3D de la bacteriorodopsina a una resolución aceptable. Esto ocurría en 1975, y durante los siguientes años la microscopía electrónica fue aumentando su poder de resolución a la vez que se desarrolló la posibilidad de realizar los experimentos con nitrógeno líquido durante las medidas (criomicroscopía), protegiendo la muestra de los agresivos electrones.

La contribución de Joachim Frank, al otro lado del Atlántico (NY State Department of Health), fue la de extender la técnica a biomoléculas más complejas mediante un procedimiento matemático capaz de extraer la información de miles de fotos de la misma muestra. Combinando todas las tomas, en una especie de photoshop molecular, se podía obtener una estructura bien definida en tres dimensiones. Por su parte, Jacques Dubochet, el otro laureado (Universidad de Lausanne), resolvió brillantemente el problema del estudio de biomoléculas solubles en agua. Si bien congelar la muestra preserva las biomoléculas de la acción de los electrones, la estructura cristalina del hielo interfiere por completo con la señal de la biomolécula, “velando” la imagen. La solución aportada fue vitrificar el disolvente: un enfriamiento tan rápido que las moléculas de agua no son capaces de organizarse para formar hielo, produciendo así imágenes nítidas.

Los años sucesivos verían una mejora en la instrumentación y en la potencia de cálculo de los ordenadores, aumentando la resolución de los criomicroscopios angstrom a angstrom, de manera que hoy en día los investigadores pueden obtener de forma casi rutinaria estructuras tridimensionales de biomoléculas. Como otros años, ha sido un premio a una larga investigación, laboriosa y perseverante, que ha unido ciencia y técnica y que, sin duda alguna, ha llevado a la Bioquímica a una nueva etapa.

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