Científicos logran ver en directo y en 3D cómo trabajan proteínas de células

La investigación, que publica hoy la revista Cell, ha combinado ingeniería genética, superresolución y biocomputación para acercar a los ojos de los científicos la maquinaria proteica dentro de células vivas y contemplar aspectos centrales del funcionamiento de un ensamblaje de proteínas vital para animales y plantas.

Hasta ahora, los biólogos que estudian el funcionamiento de nanomáquinas proteicas, o bien aislan estas máquinas en tubos de ensayo, fuera de la célula, para poder usar técnicas in vitro y ver su estructura a escala atómica, o bien usan técnicas que permiten analizar estas máquinas proteicas dentro de la célula viva pero que dan escasa información estructural.

Con este trabajo, los científicos han conseguido ver la estructura de una máquina proteica directamente en células vivas mientras realiza su función.

“Las técnicas in vitro disponibles son excelentes y nos permiten ver el detalle del átomo, pero la información que nos dan es limitada. No entenderemos cómo funciona un motor si lo desmontamos y sólo nos fijamos en sus piezas por separado. Necesitamos ver el motor ensamblado en el coche y en funcionamiento”, explicó el coordinador de la investigación y científico del Instituto de Investigación Biomédica (IRB) de Barcelona, Oriol Gallego.

“En biología, -añadió- no tenemos todavía las herramientas para visualizar el engranaje entero de una célula viva, pero con esta técnica que hemos desarrollado damos un salto, y podemos ver en 3D cómo los complejos de proteínas llevan a cabo sus funciones”.

La nueva estrategia integra métodos de microscopía de superresolución -invención premiada con el Nobel de Química en 2014-, modificación genética y modelado computacional.

Esta tecnología permite observar complejos proteicos con una precisión de cinco nanómetros (un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro y un cabello mide de ancho 100.000 nanómetros), una resolución “cuatro veces mejor de lo que ofrece la superresolución y que nos permite llevar a cabo estudios de biología celular hasta ahora inviables”, detalló Gallego.

La investigación ha permitido revelar la estructura completa de una nanomáquina central en la exocitosis, un mecanismo que la célula usa para relacionarse con el exterior, como es el caso de las neuronas, que se comunican entre sí liberando neurotransmisores mediante exocitosis, mecanismo que hasta ahora era un enigma.

“Ahora entendemos cómo funciona esta máquina formada por ocho proteínas y para qué son importantes cada una de ellas. Este conocimiento ayudará a entender mejor la implicación de la exocitosis en cáncer y metástasis, donde la regulación de esta nanomáquina está alterada”, afirmó Gallego

El conocimiento sobre cómo trabajan las nanomáquinas que llevan a cabo las funciones celulares, tiene implicaciones biomédicas ya que los desajustes en estos engranajes pueden provocar enfermedades.

Con la nueva estrategia se podrán estudiar maquinarias de proteínas en células sanas y en células enfermas.

Por ejemplo, se podría ver cómo los virus y las bacterias utilizan nanomáquinas proteicas durante el proceso de infección o entender mejor aquellos defectos de los complejos que causan patologías y poder diseñar estrategias para repararlos.

“Ver complejos proteicos de cinco nanómetros es una gran mejora, pero aún queda un largo camino para poder observar el interior celular con el detalle atómico que proporcionan las técnicas in vitro”, puntualizó el científico, que cree que “el futuro pasa por integrar varios métodos y combinar las ventajas de cada uno”.