Científicos del Oak Ridge National Laboratory de Estados Unidos ha realizado el primer examen directo a nanoescala de una membrana celular viva, gracias a una fuente de neutrones.
Al hacerlo, también han resuelto un viejo debate mediante la identificación de pequeñas agrupaciones de moléculas de lípidos que son probablemente claves para el funcionamiento de la célula.
Los métodos desarrollados proporcionan una nueva plataforma experimental para estudios biofísicos de membranas y, potencialmente, otros componentes celulares. Podría resultar útil para futuras investigaciones sobre interacciones importantes como membrana fármaco, membrana biocombustible, e incluso las interacciones antibiótico-membrana.
El proyecto multidisciplinario, dirigido por el biofísico John Katsaras, el químico Bob Standaert y el microbiólogo James Elkins, se realizó en el reactor de isótopos de alto flujo y fuente de espalación de neutrones utilizando la bacteria Bacillus subtilis. El equipo publicó sus hallazgos en la revista PLoS Biology.
La membrana de una célula es una bicapa delgada de moléculas lipídicas entre las que residen otras biomoléculas tales como proteínas. Los investigadores no han estado seguros de si los lípidos de la membrana a veces se organizan en grupos llamados dominios, también conocidos como «balsas», o si están distribuidos aleatoriamente en la membrana. Se cree que la organización de lípidos en distintos dominios dentro de la membrana celular permite funciones tales como la señalización entre células.
«Se convirtió en un debate», dijo Katsaras en un comunicado. «Algunas personas creían que existían, mientras que otros creían que no, y había mucha evidencia circunstancial que podría apoyar a cualquiera de los dos lados». El problema era que las técnicas existentes no eran capaces de resolver inequívocamente esta cuestión.
El análisis de dispersión de neutrones fue clave para el éxito del proyecto. Los dominios de los lípidos son demasiado pequeños para ser vistos por los microscopios ópticos que utilizan luz para sondear muestras tales como células biológicas. Sin embargo, los neutrones no tienen tal limitación y pueden usarse para proporcionar una vista a nanoescala de una célula. Además, a diferencia de otras herramientas a nanoescala, los neutrones pueden utilizarse para examinar una célula viva sin dañarla.
Aunque el análisis de dispersión de neutrones superó las limitaciones de las otras tecnologías, presentó algunos desafíos desalentadores propios. La primera fue desarrollar un experimento en el cual los neutrones se dispersaron de las moléculas lipídicas en la membrana sin interactuar con otros componentes de la célula, tales como proteínas, ARN, ADN y carbohidratos. El siguiente desafío fue distinguir un tipo de molécula lipídica de otra.
La solución a estos dos desafíos radica en el uso de deuterio, un isótopo de hidrógeno cuyo núcleo contiene un neutrón, así como un protón. Por el contrario, los núcleos comunes de hidrógeno contienen un protón pero no un neutrón. Mientras que una célula biológica en sí misma percibe poca diferencia entre el hidrógeno normal y el deuterio, los dos isótopos parecen muy diferentes cuando se mira usando la dispersión de neutrones.
El equipo de Ooak Ridge creó una cepa de la bacteria que contenía suficiente deuterio para hacer las estructuras celulares esencialmente invisibles a los neutrones. A continuación, se aseguró de que las moléculas de lípidos dentro de la membrana se componen completamente de dos ácidos grasos que contienen proporciones específicas de deuterio e hidrógeno.
Posteriormente introdujeron los dos tipos de ácidos grasos con diferentes proporciones de isótopos. La membrana celular era libre de crear e incorporar en sus moléculas lipídicas de membrana a partir de ellas, conteniendo cada tipo de lípido una mezcla específica de los dos isótopos. Si los lípidos se distribuyeran aleatoriamente a lo largo de la membrana, entonces la membrana parecía uniforme cuando se exponía a neutrones, similar a un fondo óptico que era gris medio.
Sin embargo, si los lípidos se reunían con otros de su tipo, el fondo dejaría de ser uniforme y mostraría el equivalente de áreas grises más claras y más oscuras. Esto es de hecho lo que el equipo encontró. Los parches grises detectados usando neutrones midieron menos de 40 nanómetros de diámetro. La propia membrana tenía unos 2,4 nanómetros de espesor.
Los investigadores de ORNL enfatizaron que su enfoque de crear contraste interno dentro de las células vivas usando isótopos era prometedor para otras investigaciones, abriendo la técnica de deuteración dirigida a otras técnicas físicas (por ejemplo, espectroscopia de resonancia magnética nuclear).
Fuente: innovaticias.com