Microscopía electrónica: Las proteínas nanorreportadoras hacen visibles procesos invisibles
Nanocódigos codificados genéticamente
¿Cómo se comunican entre sí las células nerviosas de nuestro cerebro? ¿Qué procesos tienen lugar cuando las células T vuelven inofensivas a las células cancerosas? Los detalles de los mecanismos a nivel celular permanecen ocultos a la vista. Ahora, unas proteínas reporteras especiales desarrolladas por un equipo de investigación dirigido por la Universidad Técnica de Múnich (TUM) pueden ayudar a desvelar estos mecanismos.
Un equipo en torno al profesor Gil Gregor Westmeyer ha desarrollado un nuevo sistema reportero de genes con código de barras para microscopía electrónica.
Barth van Rossum
El microscopio electrónico ofrece a los científicos la visión más profunda de las estructuras celulares, con una resolución subnanométrica. Incluso pueden distinguirse componentes celulares como las mitocondrias o las conexiones entre células nerviosas. Sin embargo, muchas estructuras y procesos importantes permanecen invisibles. "Es como mirar el mapa de una ciudad", explica Gil Gregor Westmeyer, catedrático de Ingeniería Neurobiológica de la TUM y director del Instituto de Biomedicina Sintética Helmholtz de Múnich. "Es suficiente para tener una impresión visual del entorno y ver dónde están las carreteras. Pero no nos dice con qué frecuencia se conmutan los semáforos, cuánto tráfico hay en un punto determinado y cuándo o dónde se está reconstruyendo algo en ese momento."
Pero la capacidad de intervenir en procesos defectuosos, o de recrearlos en tejidos y órganos artificiales, requiere absolutamente una comprensión de los procesos dentro de las células y entre ellas. Por ello, Westmeyer y sus colegas han desarrollado un sistema denominado reportero genético que hace por ellos el trabajo de reconocimiento dentro de las células. Los reporteros genéticos son cápsulas proteínicas lo suficientemente grandes como para que se puedan observar con un microscopio electrónico.
Identificación mediante códigos de barras
Las cápsulas son producidas por las propias células. Sus planos genéticos están unidos a genes diana específicos. Las proteínas informadoras se producen cuando los genes diana se activan. El principio básico de este método es ya un procedimiento estándar en microscopía óptica. Allí, los investigadores trabajan con proteínas fluorescentes. Sin embargo, este método no es adecuado para la microscopía electrónica, ya que, en lugar de colores, se distinguen diferentes formas en función de sus densidades electrónicas, por ejemplo.
Los investigadores aprovecharon esta circunstancia incorporando proteínas de unión a metales en cápsulas de distintos tamaños. Estas "EMcapsulinas" aparecen como círculos concéntricos de distintos tamaños al microscopio electrónico y pueden identificarse y asignarse rápidamente como códigos de barras mediante inteligencia artificial.
Hacer visibles estructuras invisibles
Entonces, ¿cómo pueden utilizar exactamente los investigadores estas proteínas informadoras? Por un lado, pueden utilizarlas para indicar la actividad de determinados genes, pero también para descubrir estructuras que, de otro modo, no serían visibles al microscopio electrónico: por ejemplo, sinapsis eléctricas entre células nerviosas o receptores que influyen en la interacción entre células cancerosas y células T.
"Si además dotamos a las EMcapsulinas de propiedades fluorescentes, podremos examinar inicialmente estructuras en tejidos vivos mediante microscopía óptica", explica Felix Sigmund, primer autor del estudio. En el proceso, podrían observarse dinámicas y estructuras sorprendentes, que en un paso siguiente podrán resolverse con gran precisión en un microscopio electrónico.
"También es concebible desplegar en el futuro las proteínas informadoras como sensores que cambien su estructura, por ejemplo, cuando una célula se activa. De este modo, se pueden dilucidar mejor las relaciones entre la función celular y la estructura celular, lo que también es pertinente para comprender los procesos de enfermedad, así como para producir células y tejidos terapéuticos", añade Westmeyer.
Para ello, los investigadores también utilizarán la nueva instalación de microscopía electrónica de la TUM y colaborarán con el nuevo Centro de Sistemas Organoides (COS) de la TUM.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
F. Sigmund, O. Berezin, S. Beliakova, B. Magerl, M. Drawitsch, A. Piovesan, F. Gonçalves, S.-V. Bodea, S. Winkler, Z. Bousraou, M. Grosshauser, E. Samara, J. Pujol-Martí, S. Schädler, C. So, S. Irsen, A. Walch, F. Kofler, M. Piraud, J. Kornfeld, K. Briggman, G. G. Westmeyer: Genetically encoded barcodes for correlative volume electron microscopy, Nature Biotechnology (2023)
Augmenting electron microscopy with barcoded gene reporters, Nature Biotechnology Research Briefing (2023)
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