Utilizan luz como herramienta para responder preguntas de relevancia biológica
ACADEMIA MEXICANA DE CIENCIAS
Boletín AMC/284/18
Ciudad de México, 10 de diciembre de 2018
- Braulio Gutiérrez Medina, investigador del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, obtuvo el Premio “Jorge Lomnitz Adler” 2018, reconocimiento que le entregaron la Academia Mexicana de Ciencias y el Instituto de Física de la UNAM.
Gracias al uso de pinzas ópticas se ha logrado entender un poco más el funcionamiento de pequeñas proteínas de las células, llamadas motores moleculares, que funcionan como mensajeros al interior de la célula. Braulio Gutiérrez Medina, del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (Ipicyt) y su equipo de trabajo han logrado hacer aportes importantes en el estudio de sistemas biológicos utilizando técnicas de la física experimental.
Algunos de los aportes que han realizado tienen que ver con la rapidez con la que avanza el motor molecular, qué tan lejos llega y cuánta fuerza es capaz de desarrollar cuando se mueve. Asimismo, estudiamos cómo cambian estas propiedades al tener conjuntos de motores, dijo el investigador en entrevista con la Academia Mexicana de Ciencias (AMC).
Motores moleculares
La célula es la unidad básica que constituye a los seres vivos. Al congregarse células se conforman tejidos, órganos, extremidades. Desde su descubrimiento (hace 350 años, utilizando un microscopio óptico) existe la curiosidad de saber cómo funcionan. A partir de la década de 1950 se ha desarrollado la disciplina científica conocida como biología molecular, que estudia a los componentes de una célula: las macromoléculas, que son arreglos de cientos de miles de átomos que efectúan funciones específicas mediante las cuales la célula sobrevive y prolifera.
Dentro de las macromoléculas existe un tipo de proteínas extraordinarias conocidas como motores moleculares, las cuales son verdaderas nano-maquinarias. Tal vez el más pequeño de estos motores es la cinesina (proteína), que mide mil veces menos que el diámetro de un cabello y su labor dentro de la célula es transportar cápsulas conocidas como organelos de regiones centrales de la célula hacia la periferia.
Conocer con mayor detalle el funcionamiento de las cinesinas es importante, consideró Gutiérrez Medina, porque dichas proteínas tienen un doble potencial, en primer lugar, son motores que permiten que las células puedan crecer, pero también que puedan comunicarse en varios contextos. “Se ha identificado, por ejemplo, que cuando hay cinesinas que por alguna razón no funcionan bien en el humano conlleva a enfermedades neurodegenerativas en donde la comunicación neuronal se ve afectada”.
Aunque el especialista y su grupo no trabajan directamente con este tipo de problema, sí han generado conocimiento —en conjunto con el de otros muchos laboratorios en el mundo— sobre cuál es el mecanismo de este motor molecular y con ello potencialmente se pueda entender esta serie de afectaciones (neurodegenerativas) y proponer soluciones. “Generamos ese conocimiento sobre el mecanismo, sobre cómo funcionan estas proteínas para poder entenderlas y tener claro qué pasa cuando fallan y con qué consecuencias”, agregó Gutiérrez Medina.
En segundo lugar, las pinzas ópticas tienen un amplio campo de aplicación, ya que al ser muy pequeñas (en la escala micro y nanométrica) no solo pueden sujetar, apachurrar, torcer y doblar células, también pueden medir sus propiedades mecánicas, como el nivel de su flexibilidad y/o rigidez, lo cual es importante porque se ha encontrado que en ciertas enfermedades, por ejemplo, las que involucran células de la sangre, se puede saber y distinguir cuándo una célula está sana o enferma basándose en mediciones de sus propiedades mecánicas y/o elásticas.
Las pinzas ópticas y el laboratorio
“Construimos un instrumento de pinzas ópticas, que se basa en un microscopio óptico con el cual podemos observar muestras biológicas y micropartículas. Un microscopio óptico utiliza lentes para formar una imagen amplificada de la muestra de interés. La lente más importante del microscopio es el objetivo que se encuentra inmediato a la muestra. Al microscopio le acoplamos un haz láser que hacemos pasar a través del lente objetivo, con lo cual logramos tener el láser enfocado sobre la muestra. Este láser es el que captura y manipula nano-objetos como las proteínas llamadas cinesinas”, explicó Gutiérrez.
El físico galardonado llegó al Ipicyt como investigador a finales del 2009, está adscrito a la División de Materiales Avanzados y a la División de Biología Molecular. Uno de los retos que se planteó al llegar a la institución fue la creación de un laboratorio en donde se hiciera investigación interdisciplinaria, uniendo las áreas de física, biología e ingeniería. El resultado de ese esfuerzo a la fecha ha consolidado el Laboratorio de biofísica y biofotónica, en donde utiliza a la luz como una de sus principales herramientas para contestar preguntas de relevancia biológica, tanto básica como aplicada.
Aunque las pinzas ópticas son una tecnología que tiene tres décadas de vida en diversos laboratorios del mundo y se usa de manera rutinaria en otros laboratorios en México, lo que hace diferente y único al laboratorio del Ipicyt es que aplica la tecnología de pinzas ópticas para el estudio de sistemas biológicos y sus resultados cuentan con una gran precisión en las mediciones de parámetros físicos como desplazamientos y fuerzas mecánicas asociados a los motores moleculares.
El Premio y el premiado
En 1996 la AMC y el Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México instituyeron el Premio “Jorge Lomnitz Adler” para distinguir al mejor trabajo publicado por jóvenes científicos en las áreas de dinámica no-lineal, sistemas complejos y física biológica. El premio consiste en un diploma y un estímulo económico.
Braulio Gutiérrez Medina realizó la licenciatura en Física en la Facultad de Ciencias de la UNAM, cuenta con estudios de doctorado en la Universidad de Texas en Austin (en el área de física atómica y óptica cuántica) y realizó una estancia posdoctoral en la Universidad de Stanford (en biofísica molecular).
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Pie de foto:
Imagen de cómo luce el aparato que contiene las pinzas ópticas. Este instrumento se basa en un microscopio óptico, con el cual se puede observar muestras biológicas y micropartículas.
(Foto: cortesía del Dr. Braulio Gutiérrez.)
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