Como sentir las moléculas de la vida.

Excelente presentación el pasado viernes en el Microclub [1] por Sandor Kasas, del Laboratorio de Física de la Materia Viva (LPMV) en EPFL. Nos explicó cómo los microscopios de fuerza atómica hacen posible observar, filmar e incluso sentir los «componentes básicos de la vida» (proteínas, enzimas, ADN) en acción.

Comenzó por explicarnos cómo funciona un microscopio de fuerza atómica, AFM para personas íntimas. Es una evolución del microscopio de túnel (STM) inventado (en Suiza) en 1981 por Gerd Binnig y Heinrich Rohrer. Ganaron el Premio Nobel solo 5 años después (un récord recientemente roto por Obama). El principio del STM es caminar un punto ultra fino sobre una superficie para ser observado, y medir la «corriente del túnel» producida por los electrones que pasan de la muestra al punto, lo que permite medir la distancia entre dos y producen imágenes con resolución subatómica. Aún más fuerte: al aplicar una tensión más alta entre la punta y la muestra, logramos pegar un átomo a la punta, luego ir y soltarlo en un lugar específico, para lograr cosas increíbles como esta: Círculo de 48 átomos de hierro depositados sobre cobre en IBM. Diámetro = 14 nanómetros. Las ondas en el centro son producidas por la superposición de las funciones de onda de los átomos, prueba de que la mecánica cuántica no solo existe en los libros. Sin embargo, el STM tiene algunas limitaciones: solo funciona en un vacío muy alto, con muestras de material eléctricamente conductor enfriado muy por debajo de 0 ° C. haz flexible de microscopio de fuerza atómica, y su punta Estas desventajas no existen con AFM, que «palpa» la superficie al medir con un láser la flexión nanométrica de un pequeño haz que lleva el punto, bajo el efecto combinado de Van der Waals (atractivo) y las fuerzas electrostáticas. (repelente) Con un AFM, las muestras se pueden observar en agua a temperatura ambiente. ¡Podemos observar la materia viva! Sandor Kasas nos mostró imágenes espectaculares de hebras de ADN como esta, que se explicarán en detalle a continuación: imagen LVPM-EPFL Aún mejor: logramos aplicar fuerzas muy precisas en la muestra, presionando los pocos átomos en la punta de la punta. Después de haber depositado los microtúbulos en un sustrato perforado, el equipo de LPMV logró medir la elasticidad y los módulos de cizalladura de estos componentes de la pared celular. [2]! DNA Topoisomerase II (imagen: Wikipedia) Aún más fuerte: AFM permite medir la fuerza con la que las proteínas se unen entre sí y comprender mejor los fenómenos bioquímicos inaccesibles hasta ahora. Sandor Kasas nos presentó un estudio sobre el «complejo de trampa», la membrana celular en la punta de los axones donde se liberan los neurotransmisores para transmitir los impulsos nerviosos entre las neuronas. Al medir las fuerzas de adhesión entre las proteínas de sintaxina 1 (sx1), SNAP-25 (S25) y VAMP 2 (V2), los investigadores llegaron a comprender cómo se organizaron y cómo la toxina tetánica (TeTx) interrumpe la cómo funcionan estas proteínas. [3] Wow! Pero la investigación que más me entusiasmó fue la que produjo las imágenes de ADN de arriba. El ADN es una molécula muy larga: cada una de nuestras células contiene aproximadamente 1 metro, súper enrollado en una pequeña bola, lo que inevitablemente causa nudos. Pero las «cabezas de lectura» corren a lo largo de las cadenas de ADN para decodificarlas o replicarlas, y los nodos pueden bloquear este mecanismo vital. Afortunadamente, hay topoisomerasa II. Es la presencia de esta enzima lo que permite que la bola de la primera foto se desenrolle completamente en un cuarto de hora. Todavía no estamos seguros de cómo funciona, pero a los investigadores de LPMV les gustaría continuar con su trabajo. [4] ¡y prueba que está haciendo trampa cortando un hilo y reparándolo después de cruzar el otro! ¡Un emisor de eje biológico! asombroso, ¿verdad? Esta presentación es una de las 10 mejores a las que he asistido, todas las categorías combinadas. Maravillosamente multidisciplinario, navegamos con confianza entre la mecánica cuántica y la biología, entre química, óptica y dinámica. Una delicia.