Veuen per primer cop en 3D nanomàquines funcionant dins la cèl·lula

Investigadors liderats per l’IRB Barcelona combinen enginyeria genètica, superresolució i biocomputació per apropar als ulls del científics els complexos de proteïnes dins de cèl·lules vives.

Segueix-nos a Facebook per assabentar-te dels nostres darrers reportatges

El 1959 Richard Feynman va oferir el que és considera la primera conferència sobre nanotecnologia. Tot i que en aquella època la manipulació de la matèria a escala molecular i atòmica semblava improbable o fins i tot impossible, el físic nord-americà va reptar els espectadors a considerar la nanotecnologia com una nova branca de la física. Per demostrar l’eficàcia que podrien tenir les màquines nanoscòpiques, va posar d’exemple les propietats inherents de les cèl·lules. Va destacar que, malgrat que siguin molt petites, fabriquen diverses substàncies i fan tot de “coses “fantàstiques”.

Moltes d’aquestes “coses fantàstiques” són resultat de les activitats de les proteïnes i dels complexos de proteïnes que hi ha dins de les cèl·lules. El camp de la nanotecnologia va començar a florir arran de la conferència de Feyman i des de fa uns anys està revolucionant la majoria de branques científiques. A més, molts científics estan estudiant en detall els complexos sistemes de les màquines de proteïnes, que són les obreres de la fàbrica cel·lular. Entendre-les pot ajudar a curar malalties i a obtenir models perquè els nanotecnòlegs puguin fabricar les seves pròpies nanomàquines biològiques.

L’IRB obre una nova porta

Actualment, per estudiar les nanomàquines proteiques els científics tenen dues opcions. Una passa per aïllar-les en tubs d’assaig, fora de la cèl·lula, per poder usar tècniques in vitro que permeten veure la seva estructura a escala atòmica. Oriol Gallego, investigador de l’IRB Barcelona, explica que aquestes tècniques són excel·lents i permeten veure al detall de l’àtom, però que la informació que donen és limitada: “No entendrem com funciona un motor si el desmuntem i només ens fixem en les seves peces per separat. Ens cal veure el motor construït dins el cotxe i en funcionament”. De fet, la segona aproximació dels científics passa per la utilització de tècniques que permeten analitzar les nanomàquines en viu dins les cèl·lules. El problema és que ofereixen escassa informació estructural. Per tant, no existeixen les eines per visualitzar l’engranatge sencer d’una cèl·lula viva.

Uns investigadors liderats per l’IRB acaben de publicar un article a la revista Cell explicant una nova tècnica que han desenvolupat i que permet fer un salt endavant en l’estudi dels complexos de proteïnes. Amb aquest treball, els científics han aconseguit veure l’estructura tridimensional d’una màquina proteica directament en cèl·lules vives mentre du a terme la seva funció.

La nova estratègia integra mètodes de microscòpia de superresolució -invenció premiada amb el Nobel de Química el 2014-, modificació genètica i modelatge computacional. Els investigadors modifiquen genèticament cèl·lules per crear-hi a dins uns suports artificials on poden ancorar els complexos de proteïnes. Aquests suports estan dissenyats de manera que permeten controlar des de quina perspectiva s’observa la nanomàquina immobilitzada. Després, amb tècniques de superresolució mesuren les distàncies entre els diferents components i les integren per ordinador, en un procés similar a l’utilitzat pel GPS, per determinar l’estructura 3D del complex proteic.

Aquesta tecnologia permet observar complexos proteics amb una precisió de cinc nanòmetres (un nm és una milionèsima part d’un mil·límetre. Un cabell fa d’ample 100.000 nm). “Aquesta és una resolució quatre vegades millor del que ofereix la superresolució i que ens permet dur a terme estudis de biologia cel·lular fins ara inviables”, detalla Gallego.

El coneixement sobre com treballen les nanomàquines que duen a terme les funcions cel·lulars té moltes implicacions biomèdiques ja que els desajustos en aquests engranatges poden provocar malalties. Amb la nova estratègia es podran estudiar maquinàries de proteïnes en cèl·lules sanes i en cèl·lules malaltes. Per exemple, es podrien veure com els virus i bacteris utilitzen nanomàquines proteiques durant el procés d’infecció o entendre millor els defectes dels complexos que causen patologies. A partir d’aquí, es podrien dissenyar estratègies per a reparar-los.

De fet, el grup de Gallego ha utilitzat aquest mètode per estudiar l’exocitosi, un mecanisme que la cèl·lula utilitza per relacionar-se amb l’exterior. Les neurones, per exemple, es comuniquen entre sí alliberant neurotransmissors mitjançant exocitosi. L’estudi ha permès revelar l’estructura completa d’una nanomàquina central en l’exocitosi i que fins ara era un enigma. “Ara entenem com funciona aquesta nanomàquina formada per vuit proteïnes i perquè és important cadascuna d’elles. Aquest coneixement ajudarà a entendre millor la implicació de l’exocitosi en càncer i metàstasi, on la regulació d’aquesta nanomàquina està alterada”, explica l’investigador.

De moment, la tècnica només es pot aplicar a maquinàries relativament grans. “Veure complexos proteics de cinc nanòmetres és una gran millora, però encara queda un llarg camí per poder observar l’interior cel·lular amb el detall atòmic que proporcionen les tècniques in vitro”, indica Gallego. “En tot cas -afegeix- crec que el futur passa per integrar diversos mètodes i combinar els avantatges de cadascun”.

Subscriu-te a El Temps i tindràs accés il·limitat a tots els continguts.