Científicos argentinos y alemanes desarrollaron una tecnología para ver moléculas con una resolución sin precedente.
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| Comparación de imágenes obtenidas por microscopios de fluorescencia. |
Hasta los años 90, la mayoría de los microscopistas pensaban que, por limitaciones de las leyes físicas, sería imposible ver objetos de menos de 200 o 300 nanómetros (1nm, mil millonésimas partes del metro), lo que impedía ver detalles como, por ejemplo las estructuras celulares.
El alemán Stefan Hell, entre otros, encontraron una manera de eludir este impedimento usando tinturas fluorescentes. Por sus hallazgos, en 2014 Hell recibió el Nobel de Química compartido con Eric Betzig y William Moerner.
Sin embargo, aunque en teoría su método debía permitir llegar a 1 nanómetro de precisión, en la práctica no se lograba. "Sólo se llegaba a 20 o 30 nanómetros --cuenta Fernando Stefani, vicedirector del Centro de Investigaciones en Bionanociencias (Cibion) del Conicet, ubicado en el Polo Científico de las ex Bodegas Giol, que tiene varios proyectos de colaboración con Hell--. Hace cinco años, iniciamos una investigación con un subsidio de la Sociedad Max Planck para usar más eficientemente las técnicas de fluorescencia en el que involucré a tres jóvenes científicos argentinos. Uno de ellos, Francisco Balzarotti, se fue a hacer un posdoctorado a Alemania con el objetivo de desarrollar técnicas de fluorescencia más eficientes. Francisco es el primer autor de este importante trabajo en el que demostramos que una microscopía óptica puede alcanzar la máxima resolución posible; es decir, el tamaño mismo de la molécula que emite luz." El avance acaba de publicarse en la revista Science.
Los científicos desarrollaron una nueva tecnología llamada "Minflux" (por el mínimo flujo de fotones que requiere), que permite ver detalles 10 millones de veces más pequeños que un centímetro.
"Para usar uno de estos microscopios, uno tiene que excitar las moléculas con luz --explica--. Los fluorósforos [sustancias fluorescentes], absorben luz de un color y emiten luz de otro. Es un proceso exigente para las moléculas, porque tienen que absorber y emitir energía. En el interín, por ahí usan la energía en una reacción química y uno las pierde; tarde o temprano se degradan. Por este motivo, los fotones de fluorescencia que puede dar una molécula son limitados. Esto es lo que ha restringido la resolución alcanzable en la práctica por las microscopías de superresolución. Si uno quiere superar la resolución, necesita aprovechar mejor la información que brinda cada fotón."
Y ésta fue justamente la idea de los investigadores. El nuevo método maximiza la información de cada fotón y permite alcanzar una resolución de un nanómetro, que es el máximo que tiene sentido para un método óptico, porque es el tamaño de las propias moléculas.
"Típicamente, cada molécula fluorescente brinda alrededor de 1000 fotones. Con esa cantidad y los mejores métodos actuales, se puede alcanzar una resolución de 10 nanómetros. Minflux es mucho más eficiente: permite alcanzar una precisión de 10nm con sólo 50 fotones. Esto permite, por ejemplo, seguir las trayectorias de proteínas dentro de una célula con mayor velocidad. O alternativamente, podemos usar los 1000 fotones para alcanzar la máxima resolución posible; es decir, el propio tamaño molecular de 1nm --precisa--. Esta técnica, además, relaja muchísimo las condiciones sobre los fluorósforos, brinda más posibilidades y requiere menos tiempo para adquirir las imágenes. Antes se podían tomar 30 imágenes por segundo en condiciones especiales, pero no se podían seguir moléculas de manera muy rápida, por ejemplo, la trayectoria de una proteína en una célula."
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| Fernando Stefani, vicedirector del Cibion Conicet. |
Según se consigna en un comunicado del Conicet, los científicos confían en que esta nueva metodología compita con la microscopía electrónica, que brinda resolución espacial nanométrica, pero impone condiciones muy desfavorables para observar organismos vivos.
"A diferencia de aquella, Minflux puede implementarse en un laboratorio convencional, no requiere altísima tecnología y el hecho de usar luz, en vez de electrones energéticos, es conveniente para observar muestras biológicas". En el artículo de Science se demuestra su aplicación al monitoreo de proteínas dentro de una bacteria viva.
Este novedoso dispositivo está funcionando en el grupo de Stefan Hell, donde se desempeña Balzarotti, pero Stefani y colegas lo están instalando en el Cibion, que así se convertirá en el segundo laboratorio del mundo en contar con esta tecnología.
"Tenemos el conocimiento y la capacidad para implementarlo y ya tenemos un becario trabajando en esto. Haremos todo el esfuerzo para aprovechar esta oportunidad y poder aplicar esta nueva tecnología en investigaciones locales de alto impacto --dice Stefani--. El potencial es enorme. Las técnicas de superresolución no terminaron de establecerse y esto abre todo un nuevo panorama", concluye.
Balzarotti, por ahora, se queda en Alemania.