Premio Nobel de Química 2014: el nanoscopio
2014; Spanish Royal Society of Chemistry; Volume: 110; Issue: 4 Linguagem: Espanhol
ISSN
1130-2283
Autores Tópico(s)Various Chemistry Research Topics
Resumo“Quimica ha sido siempre mi asignatura mas floja en el instituto y la universidad”. Esto fue lo que confeso Eric Betzig en una entrevista pocas horas despues de recibir la noticia de que habia sido galardonado con el Premio Nobel de Quimica 2014, junto con Stefan Hell y William E. Moerner. Los tres premiados de este ano son fisicos, y una vez mas se pone de manifiesto que las fronteras entre los campos de la ciencia son difusas. El motivo de su reconocimiento ha sido el desarrollo de nuevas tecnicas de microscopia de fluorescencia llamadas en su conjunto “microscopia de super-resolucion” o nanoscopia. En estas tecnicas, las propiedades fotoquimicas y fotofisicas de las moleculas fluorescentes juegan un papel protagonista. El termino “super-resolucion” se refiere a la habilidad de estos nuevos microscopios para superar una barrera que era infranqueable hasta hace poco, el llamado “limite de difraccion”. La difraccion de la luz, un fenomeno fisico conocido desde 1660, limita la calidad de las imagenes que se obtienen a traves de un microscopio optico convencional. La difraccion hace que los pequenos detalles de la imagen aparezcan borrosos, es decir, no se puedan resolver. En 1873, el cientifico Ernst Abbe puso un valor concreto a este limite de difraccion formulando una ecuacion que nos dice que no se pueden discernir detalles mas pequenos que 200 nm. En la practica, el limite de difraccion implica la imposibilidad de observar con claridad lo que ocurre dentro de una bacteria, o en los compartimentos y organulos de una celula. Aunque hay otras modalidades de microscopia, como la electronica, que si pueden resolver detalles mas pequenos, solo la microscopia optica permite observar la dinamica en el interior de celulas vivas. Aunque el limite de difraccion sigue siendo una realidad, los galardonados de este ano consiguieron sortearlo utilizando una serie de ingeniosos trucos, y asi nacio la nanoscopia. Stefan Hell, del Instituto Max Planck de Quimica Biofisica en Gottingen, desarrollo la microscopia STED (stimulated emission depletion). Esta tecnica consiste en confinar la fluorescencia a un punto mas pequeno que el limite de difraccion usando el fenomeno de emision estimulada. Un primer laser excita las moleculas de una muestra para que emitan fluorescencia. Un segundo laser en forma de “donut” apaga las moleculas perifericas mediante emision estimulada, confinando la fluorescencia a una zona nanometrica en el centro del “donut”. Con estos dos laseres combinados se barre la muestra para formar la imagen. Hell propuso el concepto de STED en 1994, y consiguio demostrarlo experimentalmente en 2000. Solo siete anos mas tarde, se vendia el primer nanoscopio comercial. La otra variante de microscopia de super-resolucion esta basada en la deteccion de moleculas individuales cuya fluorescencia se puede encender y apagar. Moerner, que ahora trabaja en la Universidad de Stanford, sento las bases de esta modalidad, ya que en 1989 fue capaz de detectar por primera vez una molecula individual. Ademas, en 1997 observo que algunas proteinas fluorescentes (que ya fueron objeto del Premio Nobel en 2008) podian encenderse y apagarse irradiando con luz de diferentes colores. Fue Eric Betzig quien conecto estos dos descubrimientos de Moerner para desarrollar la tecnica de super-resolucion llamada PALM (photoactivated localization microscopy), que publico en 2006. En PALM, los fluoroforos de una muestra se encienden y se apagan para que puedan detectarse y localizarse por separado a diferentes tiempos en la misma area de una muestra. Con la suma de las posiciones de estas moleculas se puede construir un mapa nanometrico de coordenadas. Betzig, que habia pasado siete anos alejado de la ciencia para trabajar en la empresa de su padre, queria hacer un retorno triunfal y desarrollo su idea desde el desempleo (aunque con la ayuda de otros cientificos en activo). Para ello, monto un prototipo de PALM en el salon de la casa de su amigo y tambien cientifico Harald Hess, comprando componentes con sus propios ahorros. Betzig trabaja ahora en el Instituto Medico Howard Hughes (EEUU). Aunque han pasado pocos anos desde la invencion de las diferentes modalidades de microscopia de super-resolucion, encontramos innumerables ejemplos de nuevas estructuras y procesos biologicos que se han revelado por primera vez. Del laboratorio de Xiaowei Zhuang, en la Universidad de Harvard, salen descubrimientos espectaculares como la visualizacion del esqueleto de los axones, que son prolongaciones de las neuronas cuya funcion principal es la de canalizar los impulsos nerviosos. Usando una tecnica similar a PALM, se ha observado que el esqueleto del investigacion quimica
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