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Esquema conceptual del funcionamiento del nuevo sistema de microscopia. Foto: Eric Betzig, HHMI Janelia Farm R. Campus.

Unos científicos desarrollan en su casa un nuevo tipo de microscopio óptico con una resolución sin precedentes.
Este microscopio es capaz de discernir la localización intracelular precisa de cada proteína individual que se pretenda estudiar. La nueva técnica se denomina microscopia de localización fotoactiva (photoactivated localization microscopy o PALM) y tiene una resolución de 25 nanometros, diez veces inferior a la del los microscopios convencionales. Con los microscopios convencionales y utilizando luz azul o violeta, que poseen las longitudes de onda más cortas (unos 400 nm), no se pueden resolver objetos más pequeños de 200 nm, resolución insuficiente para estudiar la disposición de proteínas individuales dentro de la célula.
Este nuevo sistema permite por tanto estudiar el interior de las células con una resolución sin precedentes. Ha sido desarrollado por investigadores del Howard Hughes Medical Institute’s Janelia Farm Research Campus en colaboración con investigadores del National Institutes of Health y de Florida State University. La nueva técnica se ha publicado el pasado 10 de agosto en Science Express.
La historia sobre la creación de este sistema es muy bonita y forma parte de los típicos desarrollos «de garaje» que tanto admiran la personas que viven fuera de los EEUU. El prototipo de este microscopio fue ensamblado en septiembre de 2005 en el cuarto de estar de uno de sus inventores, Harald Hess, que será pronto director física aplicada e instrumentación en Janelia Farm. Hess colaboró con Eric Betzig que también va a trabajar ahora en el mismo lugar como jefe de grupo. El ensamblado del primer prototipo costó 25000 dólares que fueron aportados por los propios investigadores.
Cuando empezaron a desarrollar el concepto del nuevo microscopio ambos investigadores estaban desempleados y se replantearon cómo encauzar sus carreras y cómo podrían impactar en el mundo científico. Sabían que había necesidad de crear nuevas tecnologías de visualización celular con resolución superior a la existente y creyeron estar en posesión de las habilidades necesarias para resolver el problema.
En 1993 Betzig ya publicó en Science que se podía determinar con una precisión bastante mejor que la longitud de onda empleada la posición de una molécula fluorescente usando un microscopio óptico de campo cercano. Y en 1994 Hess y Betzig mostraron también en Science que paquetes de puntos de luz muy juntos en un semiconductor podían ser aislados individualmente.
Betzig, combinando ambos estudios previos, sugirió que la esperada resolución molecular podría ser alcanzada en células mediante la visualización de unas pocas moléculas separadas y que podían ser identificadas, pero no sabía cómo separar paquetes de proteínas empaquetadas densamente que es lo que ocurre en condiciones normales.
La inspiración les vino de una nueva generación de proteínas fluorescentes que se pueden «encender o apagar» con luz violeta. Además aprendieron cómo estas moléculas se pueden unir a otras proteínas que se deseen estudiar. Sólo les quedaba saber combinar este nuevo conocimiento con sus trabajos previos.
La biología molecular posee técnicas que permiten a los investigadores pegar una etiqueta a cada copia de proteína que quieran estudiar. Sin embargo, su observación individual no es posible con las técnicas al uso cuando las proteínas se agregan mucho pues en ese caso no se sabe quien es quien, a diferencia de cuando están aisladas pues en ese caso el centro geométrico de la imagen borrosa observada corresponde con la posición real.
Estos científicos, basándose en el trabajo previo de otros investigadores, fueron capaces de separar los componentes individuales correspondientes a cada proteína. La visualización de cada componente dependería solamente de la cantidad de luz violeta suministrada. Introduciendo muy poca luz violeta conseguían hacer fluorescer cada vez a unas pocas moléculas solamente. Repitiendo el proceso se hacía fluorescer a otras y así sucesivamente.
El concepto les pareció tan obvio que supusieron que cualquier laboratorio lo podría desarrollar en una semana. Así que se pusieron a trabajar inmediatamente sobre un equipo óptico que Hess recuperó de sus días en los laboratorios Bell y de otro equipamiento comprado con dinero de sus bolsillos y montaron el sistema en el cuarto de estar de la casa de Hess en La Jolla (California).
En dos meses consiguieron el primer prototipo y aprendieron a hacer las preparaciones biológicas.
Este tipo de investigadores son los que busca Janelia Farm pero al estar el campus en construcción no pudieron dar espacio para investigar a estos dos científicos, así que éstos se trasladaron al laboratorio Lippincott-Schwartz en el NIH donde terminaron de perfeccionar el sistema.
El funcionamiento es muy sencillo. Una vez que se han etiquetado las moléculas a estudiar se las exponen a una cantidad muy pequeña de luz violeta. La luz activa la fluorescencia de un pequeño porcentaje de ellas y emiten luz que es capturada con el microscopio. El proceso se repite 10.000 veces y cada vez se capturan posiciones diferentes. Como en cada imagen cada molécula está lo suficientemente lejos se puede determinar la posición la misma por el centro geométrico de la imagen recibida de ella.
A principio de este año ya obtenían imágenes de los orgánulos celulares con gran detalle como el aparato de Golgi o las mitocondrias.
Ahora estos investigadores trabajan en mejorar aun más la nueva técnica y que así nos permita conocer los secretos que aun guarda el mundo celular.

Fuente: HHMI