Nuestros cuerpos están llenos de actividad y repletos de proteínas atrapadas en membranas grasas o flotando dentro y fuera de las células acuosas. Los científicos han capturado ahora, por primera vez, la danza entre los dos: un tango líquido en el que aparecen proteínas y grasas como se moverían normalmente en las células.

«Vamos más allá de tomar fotografías individuales, que dan estructura pero no dinámica, a registrar continuamente las moléculas en el agua, su estado original», dice Qian Chen, científico de materiales e ingeniero de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign (UIUC), quien dirigió el equipo y describe su trabajo como «hacer cine».

«Realmente podemos ver cómo las proteínas cambian su configuración y, en este caso, cómo toda la estructura autoensamblada proteína-lípido fluctúa con el tiempo».

Al modificar una técnica de imagen ampliamente utilizada llamada microscopio de transmisión por electrones, el equipo de Chen capturó la animada coreografía de los ‘nanodiscos’ de proteínas de membrana en líquido. Estos nanodiscos Consisten en proteínas incrustadas en una bicapa lipídica que se asemeja a las membranas celulares en las que normalmente se encuentran.

El equipo denominó a su método «videografía electrónica» y validó los datos del video comparándolos con modelos informáticos a nivel atómico de cómo deberían moverse las moléculas según las leyes de la física.

Se pensaba que el movimiento de las proteínas unidas a la membrana era bastante limitado, dado el modo en que los lípidos las mantenían en su lugar. Sin embargo, los investigadores observaron que las interacciones entre proteínas y lípidos se producían a distancias mucho mayores de lo que antes se creía posible.

Las proteínas de membrana son los guardianes, sensores y receptores de señales de las células, por lo que la técnica podría conducir a enormes avances en nuestra comprensión de cómo funcionan.

Con las técnicas existentes, las proteínas suelen ser congelado o cristalizado para que no se muevan ni desdibujen la imagen, ni se dañen con los rayos X o los haces de electrones utilizados para obtener imágenes. Esto da una imagen sin vida de una proteína estática que normalmente se pliega y dobla, lo que deja a los científicos inferir cómo interactúa con otras moléculas en función de su estructura.

Alternativamente, algunas técnicas de imagen utilizan una etiqueta molecular fluorescente para rastrear moléculas a medida que se muevenen lugar de observar la proteína directamente.

En este caso, los investigadores enjaularon una gota de agua dentro de dos finas láminas de grafeno para protegerlo del vacío del microscopio electrónico. Suspendidos en la gota de agua había nanodiscos de proteínas y lípidos sin marcar, que el equipo vio «bailando» juntos como en su entorno acuoso natural.

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Científicos de materiales he estado intentando durante al menos una década filmar la actividad de las moléculas biológicas en líquidos, pero no pudieron observar claramente la dinámica continua de las proteínas.

Con algunos ajustes cuidadosos en el enfoque, Chen y sus colegas obtuvieron imágenes de sus conjuntos de proteínas y lípidos en tiempo real y durante minutos, no microsegundos. Es importante destacar que redujeron la velocidad de los electrones que penetraban en la muestra y trabajaron en la grafeno andamio, para filmar con éxito el complejo proteína-lípido en acción.

«Actualmente, esta es realmente la única forma experimental de filmar este tipo de movimiento a lo largo del tiempo», dice John Smith, estudiante de posgrado en ingeniería de materiales de la UIUC, primer autor del artículo.

«La vida está en líquido y en movimiento. Estamos tratando de llegar a los detalles más finos de esa conexión de forma experimental».

En cuanto a otros esfuerzos, las técnicas de imagen mejoradas están revelando detalles increíbles sobre todo tipo de acontecimientos microscópicos, desde observar cómo toma forma la capa exterior de un virus para capturar el Las proteínas instantáneas colapsan en grumos. en enfermedades como Alzheimer.

Agregar inteligencia artificial en la mezcla, para predecir la forma 3D de casi todas las proteínas conocidas por la cienciaY ciertamente parece que se ha abierto una nueva era de investigación biológica.

La investigación ha sido publicada en Avances científicos.