El viaje de las proteínas
"Esta nueva técnica representa un gran avance en el estudio de proteínas individuales en las células"
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Helge Ewers, bioquímico de la Universidad Libre de Berlín, ha desarrollado una nueva técnica de liberación e investigación de proteínas en células vivas mediada por luz. La técnica utiliza un pulso láser para controlar la liberación de moléculas proteicas marcadas dentro de una célula, lo que permite observar con mayor claridad la función de las moléculas. El equipo cree que este método tiene una amplia variedad de aplicaciones potenciales en futuras investigaciones científicas. El estudio, titulado "An Optogenetic Method for the Controlled Release of Single Molecules" se ha publicado en la revista científica Nature Methods.
El Dr. Purba Kashyap, biólogo celular, utiliza un pulso de luz para liberar moléculas proteínicas dentro de una célula.
Freie Universität Berlin/AG Helge Ewers
En el nivel más simple, las proteínas pueden entenderse como diminutas máquinas -de apenas una millonésima de milímetro de tamaño- responsables de llevar a cabo la mayoría de las funciones de nuestras células. En un intento por comprender mejor estas proteínas, el Grupo Ewers del Instituto de Química y Bioquímica de la Universidad Libre de Berlín ha desarrollado un método que permite observar mejor la función celular a nivel molecular. La microscopía de moléculas individuales, es decir, la capacidad de observar moléculas individuales, ha contribuido enormemente a nuestra comprensión de ciertos mecanismos que tienen lugar dentro de las células, por ejemplo, cómo se copia el material genético. Sin embargo, uno de los problemas de esta tecnología hasta la fecha es que cada célula contiene miles de copias de cada proteína. Esto dificulta el seguimiento individual de las proteínas para investigar su función en el contexto de la célula, incluso cuando han sido marcadas con color.
Ewers y su equipo de investigación han desarrollado ahora una nueva técnica que permite a los científicos observar un número selecto de proteínas marcadas al mismo tiempo. La técnica consiste en unir las proteínas marcadas al aparato de Golgi -un orgánulo presente en todas las células vegetales y animales- mediante una proteína especial. A continuación, un pulso de luz breve y controlado rompe esta conexión, permitiendo que algunas de las proteínas sean transportadas al lugar de la célula donde desempeñan su función. "Esta nueva técnica representa un gran avance en el estudio de las proteínas individuales en las células. Con sólo un breve pulso de luz, podemos liberar moléculas individuales en las células de forma controlada y, al hacerlo, observar mejor su función", explica Ewers, que dirige el grupo de investigación en la Freie Universität. El Dr. Purba Kashyap, biólogo celular de la Freie Universität de Berlín y primer autor del estudio, subraya: "Una vez que vimos que podíamos controlar el número de proteínas que se liberaban variando la intensidad del rayo láser, supimos que nuestra técnica podría tener una amplia variedad de aplicaciones y ser de gran ayuda para otros investigadores."
Los detalles de la técnica, desarrollada por el grupo de trabajo de la Freie Universität junto con otros laboratorios de Berlín, Hamburgo y Tokio, se han publicado en el último número de Nature Methods. "Este método ya está bien establecido en tres laboratorios diferentes. Ha demostrado ser muy robusto y ya estamos en contacto con varias partes interesadas en sus aplicaciones científicas", afirma Ewers. Entre las posibles áreas de aplicación futura se incluye la manipulación de funciones proteínicas en células infectadas o en células individuales de organismos vivos, por no mencionar las mejoras generales que esta técnica representa para la investigación que requiere la observación directa de proteínas individuales y sus funciones. "Por ejemplo, la capacidad de manipular exactamente cuántas proteínas se liberan nos permitirá contar exactamente cuántos receptores mutados son necesarios para que una célula se reproduzca sin control, por ejemplo, en enfermedades como el cáncer".
Ewers y su equipo ya están haciendo planes para aplicar esta técnica con socios externos, así como para seguir desarrollándola: "Berlín es un importante centro de investigación en optogenética, un campo que explora cómo puede utilizarse la luz para resolver problemas biológicos. Y estamos encantados de haber podido colaborar tan eficazmente con el profesor Andrew Plested (Humboldt-Universität zu Berlin) y el Dr. Marcus Taylor (Instituto Max Planck de Biología de las Infecciones)". Juntos, los grupos de trabajo pudieron demostrar cómo la nueva técnica podía utilizarse para restaurar la funcionalidad de las proteínas en células inmunitarias con defectos genéticos. Las colaboraciones con otros grupos de trabajo tendrán como objetivo poner en práctica el nuevo método en moscas de la fruta en un futuro próximo.
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Publicación original
Purba Kashyap, Sara Bertelli, Fakun Cao, Yulia Kostritskaia, Fenja Blank, Niranjan A. Srikanth, Claire Schlack-Leigers, Roberto Saleppico, Dolf Bierhuizen, Xiaocen Lu, Walter Nickel, Robert E. Campbell, Andrew J. R. Plested, Tobias Stauber, Marcus J. Taylor, Helge Ewers; "An optogenetic method for the controlled release of single molecules"; Nature Methods, 2024-3-8
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