El blobfish, considerado durante mucho tiempo el animal más feo del mundo, ha experimentado una notable transformación en su imagen. Años después de su descubrimiento, los científicos comprendieron que esta criatura de aguas profundas parecía tan extraña debido a un cambio extremo de presión al ser llevada a la superficie. En su hábitat natural, a 1.200 metros de profundidad, el pez presenta un aspecto mucho más atractivo.
Los biólogos estructurales, cuyo objetivo es deducir la estructura y función de las moléculas dentro de una célula, corren el riesgo de cometer errores similares. Al extraer complejos biomoleculares de las células, pueden obtener imágenes de mejor calidad, pero estas moléculas pueden no reflejar su estado natural. Por otro lado, estudiar las moléculas sin alterar su entorno es técnicamente complicado, similar a filmar en las profundidades del océano.
Una nueva técnica denominada purificación libre de imágenes de ribosomas a partir de mezclas subcelulares (cryoPRISM) ofrece un compromiso interesante. Desarrollada por las estudiantes graduadas Mira May y Gabriela López-Pérez en el laboratorio del profesor Joey Davis, del Departamento de Biología del MIT, esta metodología permite a los biólogos visualizar complejos moleculares sin sacarlos demasiado de su contexto natural.
CryoPRISM: Innovación en la observación celular
CryoPRISM captura estructuras moleculares en células que han sido recientemente rompidas. Esta técnica se acerca a la preservación de las interacciones naturales entre moléculas, sin llegar al costoso proceso de imagen estructural in-cell, según explica el profesor asociado Joey Davis, quien lidera el estudio.
“Creemos que el método cryoPRISM es un punto ideal donde preservamos gran parte de los contactos celulares nativos, pero aún mantenemos la resolución necesaria para observar detalles moleculares”, afirma Davis. “Incluso en el sistema extremadamente estudiado de traducción en E. coli, que ha sido objeto de investigación durante más de 50 años, seguimos descubriendo nuevos estados que habían pasado desapercibidos.”
Un control negativo inesperado
El desarrollo del cryoPRISM fue fruto de una observación inesperada realizada por Mira May mientras trabajaba en otro proyecto. Como todos los organismos vivos, las bacterias dependen del proceso denominado traducción para fabricar proteínas esenciales para sus funciones celulares, desde copiar ADN hasta digerir nutrientes. Un componente clave en este proceso es el ribosoma —un complejo biomolecular que ensambla proteínas basándose en instrucciones codificadas por otra molécula llamada mRNA.
Nuevos hallazgos sobre biología ribosomal
Mientras intentaba identificar nuevos reguladores ribosomales utilizando cryoEM, May diseñó un control negativo con lisado bacteriano no purificado —una mezcla resultante del contenido derramado por células rotas— esperando obtener imágenes ruidosas y de baja calidad. Sin embargo, se sorprendió al observar ribosomas intactos junto con sus socios interactuantes naturales.
En cuestión de días, esta técnica validó experimentalmente datos que habrían requerido meses utilizando otros enfoques. “A medida que encontré más y más estados ribosomales, este proyecto se convirtió en un método y no solo en un hallazgo aislado”, recuerda May.
A medida que May y sus colegas confirmaron que cryoPRISM podía detectar estados ribosomales conocidos, comenzaron a buscar aquellos que habían escapado a la detección previa. “No solo podemos reproducir lo ya observado; también podemos descubrir nueva biología ribosomal”, señala May.
Implicaciones evolutivas y futuras aplicaciones
Uno de los nuevos estados identificados tiene importantes implicaciones para nuestra comprensión sobre la regulación evolutiva de la traducción. Durante la traducción activa, los ribosomas bacterianos son acompañados por proteínas auxiliares llamadas factores de elongación. Estos factores traen materiales necesarios para la síntesis proteica como tRNAs y aminoácidos.
Bajo condiciones desfavorables como temperaturas frías, las células reducen la traducción y muchos ribosomas quedan inactivos. Estos ribosomas hibernantes dejan de decodificar mRNA y su interfaz con las moléculas auxiliares se bloquea por un factor llamado RaiA. Este proteína ayuda a estos ribosomas inactivos a evitar reactivarse prematuramente.
A pesar de que algunos ribosomas inactivos interactuaban con RaiA y con un factor llamado EF-G —anteriormente considerado exclusivo para ribosomas activos— esto sugiere que dicho fenómeno podría tener orígenes evolutivos más antiguos de lo pensado.
Perspectivas futuras para cryoPRISM
Mira May ya ha colaborado con otros investigadores del MIT para utilizar cryoPRISM en la visualización de ribosomas en células difíciles de trabajar, incluyendo organismos patógenos y glóbulos rojos aislados que no pueden ser cultivados.
Aparte de sus aplicaciones inmediatas para la investigación sobre traducción, cryoPRISM representa un paso hacia el objetivo más amplio de la biología estructural: estudiar biomoléculas en su entorno natural. Según Davis, esta técnica encaja perfectamente en el “tema de mover la biología estructural cada vez más cerca del contexto celular”.
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