{"id":2501,"date":"2021-10-27T14:38:48","date_gmt":"2021-10-27T18:38:48","guid":{"rendered":"https:\/\/elvitraldelaciencia.org\/revista\/\/?p=2501"},"modified":"2021-10-27T14:41:15","modified_gmt":"2021-10-27T18:41:15","slug":"los-secretos-de-la-celula-al-descubierto","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/elvitraldelaciencia.org\/revista\/los-secretos-de-la-celula-al-descubierto\/","title":{"rendered":"LOS SECRETOS DE LA C\u00c9LULA AL DESCUBIERTO"},"content":{"rendered":"
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Una c\u00e9lula de algas revela sus secretos bajo crio-ET, mostrando el ret\u00edculo endopl\u00e1smico (amarillo), que produce prote\u00ednas, las bolsas del aparato de Golgi (verde y magenta), que modifica y empaqueta prote\u00ednas para el transporte, y ves\u00edculas (c\u00edrculos peque\u00f1os, varios colores), que transportan prote\u00ednas. Cr\u00e9dito: YS Bykkov et al .\/ eLIFE (CC BY 4.0)<\/figcaption><\/figure>\n

Introducci\u00f3n<\/b><\/span><\/h2>\n

As\u00ed como el ser humano ha tenido curiosidad del espacio sideral, preguntando y buscando respuestas a traves de la exploraci\u00f3n espacial o la observacion con potentes telescopios, tamb\u00eden lo ha tenido para con la c\u00e9lula. Durante d\u00e9cadas se han desarrollado numerosas t\u00e9cnicas de microscop\u00eda de vanguardia para poder escudri\u00f1ar las entra\u00f1as de las celulas en todo su esplendor y comprender mejor su funcionamiento.<\/p>\n

Efectivamente, en los \u00faltimos a\u00f1os, las t\u00e9cnicas de obtenci\u00f3n de im\u00e1genes de las c\u00e9lulas como la tomograf\u00eda crioelectr\u00f3nica (crio-ET) que permite a los investigadores ver las prote\u00ednas en las c\u00e9lulas en alta resoluci\u00f3n, han comenzado a permitir a los cient\u00edficos ver mol\u00e9culas biol\u00f3gicas en sus entornos nativos. A diferencia de los m\u00e9todos m\u00e1s antiguos que sacan prote\u00ednas individuales de sus nichos para estudiarlas, estas t\u00e9cnicas brindan una visi\u00f3n hol\u00edstica de las prote\u00ednas y otras mol\u00e9culas junto con el paisaje celular. Aunque todav\u00eda tienen limitaciones, algunos investigadores dicen que la resoluci\u00f3n de la crio-ET, por ejemplo, es demasiado baja para que las mol\u00e9culas se puedan identificar con certeza, las t\u00e9cnicas est\u00e1n aumentando en popularidad y sofisticaci\u00f3n. Los investigadores que recurren a ellos no solo quedan hipnotizados por las hermosas im\u00e1genes, sino que tambi\u00e9n quedan impresionados por algunos de los secretos que se est\u00e1n revelando, como los trucos que usan las bacterias para infectar c\u00e9lulas o c\u00f3mo las prote\u00ednas mutadas impulsan enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson.<\/p>\n

Los cient\u00edficos han superado estos inconvenientes utilizando microscop\u00eda crioelectr\u00f3nica (crio-EM), una t\u00e9cnica que revela la estructura de biomol\u00e9culas que han sido aisladas de su entorno y luego congeladas.\u00a0Con cryo-EM, los cient\u00edficos crean una imagen en 3D tomando fotograf\u00edas en 2D de muchas mol\u00e9culas aisladas en diferentes configuraciones y fusionando los resultados.\u00a0Con cryo-ET, por el contrario, toman m\u00faltiples instant\u00e1neas de un solo trozo de material, repleto de mol\u00e9culas, desde muchos \u00e1ngulos diferentes, lo que permite que el entorno se mantenga intacto.<\/p>\n

Es como tener una foto de toda una multitud, en lugar de la foto de una persona en la cabeza.\u00a0Por eso Wolfgang Baumeister, biof\u00edsico del Instituto de Bioqu\u00edmica Max Planck en Martinsried, Alemania, que es uno de los pioneros de la t\u00e9cnica, y sus colegas la han denominado \u201csociolog\u00eda molecular\u201d.<\/p>\n

Y as\u00ed es como viven las prote\u00ednas, despu\u00e9s de todo.\u00a0\u201cLas prote\u00ednas son sociales: en un momento dado, una prote\u00edna est\u00e1 en un complejo con unas diez prote\u00ednas m\u00e1s\u201d, dice Villa.\u00a0Despu\u00e9s de ver tales interacciones con crio-ET, \u00abno pod\u00eda soportar la idea de estudiar otra prote\u00edna de forma aislada\u00bb, agrega.<\/p>\n

La tomograf\u00eda electr\u00f3nica en s\u00ed, el uso de un microscopio electr\u00f3nico para obtener im\u00e1genes de una muestra desde varios \u00e1ngulos, ha existido desde la d\u00e9cada de 1960, pero no fue hasta la d\u00e9cada de 1990 que el m\u00e9todo comenz\u00f3 a cobrar sentido.\u00a0Uno de los desaf\u00edos fue que las corrientes de electrones son extremadamente da\u00f1inas para las muestras biol\u00f3gicas, lo que dificulta la captura de suficientes instant\u00e1neas para obtener una imagen clara y n\u00edtida.\u00a0Los cient\u00edficos han mejorado sus im\u00e1genes utilizando los \u00faltimos procesos de corte de muestras y m\u00e9todos computacionales.\u00a0Por ejemplo, una t\u00e9cnica llamada fresado con haz de iones enfocado en crio (crio-FIB) puede cortar muestras en rebanadas extremadamente delgadas conocidas como laminillas.\u00a0A\u00fan as\u00ed, el costo y la experiencia t\u00e9cnica necesarios para usar cryo-ET, particularmente en combinaci\u00f3n con m\u00e9todos como el fresado cryo-FIB, pueden ser prohibitivos para muchos laboratorios, dice Baumeister.<\/p>\n

C\u00e9lulas sociables<\/b><\/span><\/h2>\n

Gran parte del trabajo inicial con crio-ET se realiz\u00f3 en procariotas: organismos unicelulares como las bacterias.\u00a0Estas c\u00e9lulas suelen ser m\u00e1s peque\u00f1as y delgadas que las c\u00e9lulas m\u00e1s complejas de los eucariotas.<\/p>\n

En un estudio de Jensen de 2006, por ejemplo, \u00e9l y su equipo informaron sobre la primera estructura completa del motor que impulsa el flagelo, un ap\u00e9ndice en forma de l\u00e1tigo en la bacteria [Murphy, GE, Leadbetter, JR y Jensen, GJ\u00a0Nature\u00a0442<\/b><\/span><\/em> , 1062\u20131064 (2006)<\/span><\/em>].\u00a0Usando cryo-ET, revelaron la arquitectura del motor de 20 piezas en\u00a0Treponema primitia<\/i>\u00a0, una bacteria que se encuentra en los intestinos de las termitas, y detallaron c\u00f3mo se colocaron estas partes en la membrana bacteriana.\u00a0Jensen y sus colegas tambi\u00e9n han revelado detalles clave de pili bacterianos, protuberancias que los microorganismos usan para muchas funciones, como adherirse y secretar sustancias en las c\u00e9lulas que infectan.\u00a0El a\u00f1o pasado, su equipo public\u00f3 un atlas digital de acceso abierto (consulte\u00a0go.nature.com\/3nugs7v<\/a>\u00a0) en el que se destacan las muchas ideas que ha revelado cryo-ET sobre las c\u00e9lulas bacterianas y otras c\u00e9lulas procariotas.<\/p>\n

M\u00e1s recientemente, los cient\u00edficos han pasado a obtener im\u00e1genes de c\u00e9lulas eucariotas, que son palaciegas en comparaci\u00f3n con las procariotas. Esto ha sido posible en gran parte debido a la llegada del fresado crio-FIB, que permite a los investigadores cortar las c\u00e9lulas en rodajas finas antes de colocarlas bajo un microscopio electr\u00f3nico. Baumeister y sus colegas utilizaron esta combinaci\u00f3n de m\u00e9todos para visualizar c\u00f3mo se organizaron las mol\u00e9culas en la vecindad del n\u00facleo en una c\u00e9lula humana [Mahamid, J.\u00a0y col.\u00a0Science\u00a0351<\/b><\/em><\/span> , 969\u2013972 (2016)<\/em><\/span>].\u00a0Su trabajo revel\u00f3 c\u00f3mo filamentos nanom\u00e9tricos delgados, nunca antes vistos, proporcionaban soporte estructural al n\u00facleo, convirti\u00e9ndolo en uno de los org\u00e1nulos m\u00e1s r\u00edgidos de las c\u00e9lulas animales.<\/p>\n

\"\"Incluso con la molienda de FIB, cryo-ET puede capturar solo peque\u00f1os segmentos de c\u00e9lulas eucariotas, lo que significa que los cient\u00edficos deben encontrar una manera de identificar mol\u00e9culas de inter\u00e9s en un paisaje celular vasto y abarrotado.\u00a0Una soluci\u00f3n es seleccionar prote\u00ednas etiquet\u00e1ndolas primero con fluorescencia bajo un microscopio \u00f3ptico y luego ampliando los detalles m\u00e1s finos en secciones espec\u00edficas usando cryo-ET.<\/p>\n

Villa y sus colegas han utilizado esta combinaci\u00f3n de t\u00e9cnicas para resolver la arquitectura de LRRK2, una prote\u00edna vinculada a formas hereditarias de la enfermedad de Parkinson [Watanabe, R.\u00a0y col.\u00a0Cell\u00a0182<\/b><\/span><\/em> , 1508-1518 (2020)<\/span><\/em>] .\u00a0Su trabajo revel\u00f3 que la versi\u00f3n mutada de la prote\u00edna se adhiri\u00f3 a componentes del citoesqueleto conocidos como microt\u00fabulos, formando una doble h\u00e9lice a su alrededor.\u00a0Los hallazgos del equipo tambi\u00e9n insinuaron que el LRRK2 mutado podr\u00eda formar una configuraci\u00f3n que promueva este tipo de uni\u00f3n, lo que podr\u00eda causar problemas al bloquear mol\u00e9culas que transportan una carga celular importante a lo largo de los microt\u00fabulos [Deniston, CK\u00a0y col.\u00a0Nature\u00a0588<\/b><\/em><\/span> , 344\u2013349 (2020)<\/em><\/span>].<\/p>\n

Grupos como el de Baumeister han utilizado este m\u00e9todo para examinar c\u00f3mo las prote\u00ednas asociadas con enfermedades neurogenerativas como Huntington [B\u00e4uerlein, FJB\u00a0y col.\u00a0Cell\u00a0171<\/b><\/em><\/span> , 179-187 (2017)<\/em><\/span>] y la enfermedad de la motoneurona (esclerosis lateral amiotr\u00f3fica o ELA) [Guo, Q.\u00a0et al.\u00a0Cell\u00a0172<\/span><\/em> , 696\u2013705 (2018)<\/span><\/em>],\u00a0interact\u00faan con componentes de la c\u00e9lula como el ret\u00edculo endopl\u00e1smico (RE), un gran pieza de maquinaria celular que ayuda a sintetizar prote\u00ednas.\u00a0Los investigadores han descubierto que los grupos neurot\u00f3xicos de prote\u00ednas implicadas en estas enfermedades se comportan de manera muy diferente entre s\u00ed dentro de las c\u00e9lulas.\u00a0En Huntington, por ejemplo, los agregados de una forma mutante de una prote\u00edna llamada huntingtina parecen desorganizar la organizaci\u00f3n del RE, mientras que en la ELA, los agregados de una prote\u00edna anormal deterioran la bioqu\u00edmica de la c\u00e9lula al activar su maquinaria de degradaci\u00f3n de prote\u00ednas.<\/p>\n

En el futuro, los cient\u00edficos esperan utilizar estos m\u00e9todos para comprender mejor c\u00f3mo funciona la terap\u00e9utica, visualizando c\u00f3mo act\u00faan los f\u00e1rmacos en las entra\u00f1as moleculares de las c\u00e9lulas. En una demostraci\u00f3n temprana, Julia Mahamid del Laboratorio Europeo de Biolog\u00eda Molecular en Heidelberg, Alemania, y sus colegas pudieron vislumbrar antibi\u00f3ticos en una c\u00e9lula bacteriana que se une a los ribosomas, org\u00e1nulos que sirven como f\u00e1bricas de prote\u00ednas [Tegunov, D., Xue, L., Dienemann, C., Cramer, P. y Mahamid, J.\u00a0Nature Methods\u00a018<\/b><\/em><\/span> , 186-193 (2021)<\/em><\/span>].\u00a0La haza\u00f1a fue posible al impulsar la resoluci\u00f3n de cryo-ET a 3,5 \u00e5ngstr\u00f6ms.<\/p>\n

Combinaciones poderosas<\/b><\/span><\/h2>\n

Cryo-ET es un campo de r\u00e1pido crecimiento, pero la t\u00e9cnica todav\u00eda tiene una serie de limitaciones.\u00a0La resoluci\u00f3n sigue siendo un problema.\u00a0Aunque el nivel de detalle ha mejorado dr\u00e1sticamente en los \u00faltimos a\u00f1os, cryo-ET no puede alcanzar la resoluci\u00f3n a nivel at\u00f3mico de cryo-EM.\u00a0\u201cCryo-ET es donde estaba cryo-EM a principios de los 90, mucho antes de que pudiera lograr una resoluci\u00f3n at\u00f3mica\u201d, dice Hong Zhou, biof\u00edsico de la Universidad de California en Los \u00c1ngeles.<\/p>\n

En el nivel actual de rendimiento, es dif\u00edcil identificar correctamente las mol\u00e9culas en una c\u00e9lula usando cryo-ET, seg\u00fan Zhou.\u00a0Entonces, a menos que los cient\u00edficos est\u00e9n mirando estructuras que previamente han sido bien caracterizadas, como el ribosoma, sus hip\u00f3tesis sobre lo que ven con la t\u00e9cnica podr\u00edan resultar incorrectas, agrega.\u00a0\u00abLas probabilidades est\u00e1n en su contra.\u00a0Es muy f\u00e1cil cometer errores \u00ab.<\/p>\n

Para eludir el problema de la resoluci\u00f3n, Zhou ha optado por intentar superar los l\u00edmites de la crio-EM convencional. Su equipo inform\u00f3 recientemente sobre un m\u00e9todo llamado cryoID [Ho, C.-M.\u00a0et al.\u00a0Nature Methods\u00a017<\/b><\/em><\/span> , 79\u201385 (2020)<\/em><\/span>], que fusiona cryo-EM con varias otras t\u00e9cnicas.\u00a0Uno de ellos implica romper las c\u00e9lulas abiertas en un m\u00e9todo que permite que las prote\u00ednas permanezcan parcialmente dentro del medio celular original;\u00a0de esta manera, los investigadores pueden ver las prote\u00ednas en un estado casi nativo.\u00a0A pesar de su enfoque actual en cryo-EM, Zhou dice que cryo-ET es el futuro.\u00a0\u00abConsidero [este m\u00e9todo] un paso intermedio hacia ese objetivo\u00bb.<\/p>\n

Otra limitaci\u00f3n de cryo-ET es su muestreo estrecho. \u201cEl secreto mejor guardado de la tomograf\u00eda es que cuando miras una c\u00e9lula de mam\u00edfero, un tom\u00f3grafo es menos del 0,1% de esa c\u00e9lula\u201d, dice Villa. Esto significa que los org\u00e1nulos grandes, como el n\u00facleo, solo se pueden ver en peque\u00f1os segmentos. Para llenar este vac\u00edo, cient\u00edficos como Harald Hess, biof\u00edsico del Campus de Investigaci\u00f3n Janelia del Instituto M\u00e9dico Howard Hughes en Ashburn, Virginia, est\u00e1n utilizando t\u00e9cnicas distintas de la crio-ET, a saber, microscop\u00eda de fluorescencia de s\u00faper resoluci\u00f3n y microscop\u00eda electr\u00f3nica, para visualizar c\u00e9lulas enteras. Usando estos m\u00e9todos, Hess y sus colegas est\u00e1n obteniendo una nueva visi\u00f3n de c\u00f3mo interact\u00faan varios componentes celulares [Hoffman, DP\u00a0y col.\u00a0Ciencia\u00a0367<\/b><\/span><\/em> , eaaz5357 (2020)<\/span><\/em>]. En un estudio publicado a principios de este mes, los investigadores demostraron que al utilizar el aprendizaje autom\u00e1tico, una forma de inteligencia artificial, para ayudar a identificar estos componentes en muchas muestras, pod\u00edan mapear la organizaci\u00f3n de hasta 35 tipos de org\u00e1nulos [Heinrich, L.\u00a0et al.\u00a0Naturaleza<\/em><\/span> https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41586-021-03977-3 (2021)<\/em><\/span>]\u00a0.<\/p>\n

Otros investigadores est\u00e1n combinando crio-ET con otra t\u00e9cnica llamada tomograf\u00eda de rayos X que puede capturar im\u00e1genes de c\u00e9lulas completas.\u00a0Esto permite a los cient\u00edficos examinar la estructura de componentes m\u00e1s grandes, como mitocondrias o n\u00facleos, y luego ampliar \u00e1reas espec\u00edficas de inter\u00e9s.<\/p>\n

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C\u00e9lulas enteras cortadas en rodajas muy finas y obtenidas con microscop\u00eda de superresoluci\u00f3n. Cr\u00e9dito: Janelia Research Campus HHMI<\/figcaption><\/figure>\n

Sin embargo, reunir estos m\u00e9todos requiere dinero y habilidad.\u00a0Adem\u00e1s de eso, ambas t\u00e9cnicas bombardean muestras con radiaci\u00f3n da\u00f1ina.\u00a0Eso hace que sea un desaf\u00edo transferir una muestra entre ellos, dice Eva Pereiro, cient\u00edfica de l\u00ednea de luz en la instalaci\u00f3n del sincrotr\u00f3n ALBA en Barcelona, \u200b\u200bEspa\u00f1a, que produce rayos X adecuados para tomograf\u00eda.<\/p>\n

Algunos laboratorios ya han logrado esta haza\u00f1a. Maria Harkiolaki, cient\u00edfica principal de l\u00edneas de luz en Diamond Light Source, una instalaci\u00f3n de sincrotr\u00f3n en Didcot, Reino Unido, y sus colegas publicaron recientemente [Mendon\u00e7a, L.\u00a0et al.\u00a0Nature Commun.\u00a012<\/b><\/span><\/em> , 4629 (2021)<\/span><\/em>] un modelo de la mec\u00e1nica de la infecci\u00f3n por SARS-CoV-2 que utiliza crioET y tomograf\u00eda de rayos X para dilucidar el proceso.\u00a0Capturaron eventos tanto a nivel celular como de mol\u00e9culas individuales, y propusieron una idea de c\u00f3mo se replica el virus en las c\u00e9lulas de los primates.<\/p>\n

Baumeister cree que, al igual que la crio-EM, la crio-ET eventualmente permitir\u00e1 a los cient\u00edficos ver las mol\u00e9culas biol\u00f3gicas en detalle at\u00f3mico.\u00a0Hasta entonces, los cient\u00edficos contin\u00faan investigando con entusiasmo qu\u00e9 conocimientos sobre la c\u00e9lula podr\u00edan ser revelados por cryo-ET y otros m\u00e9todos similares.\u00a0Debido a que estas herramientas pueden revelar estructuras que nunca antes se hab\u00edan visto, los investigadores a menudo se quedan con nuevos misterios por resolver.\u00a0\u201cLo que me encanta de la tomograf\u00eda\u201d, dice Villa, \u201ces que siempre generamos m\u00e1s preguntas que respuestas\u201d.<\/p>\n

 <\/p>\n

FUENTE:<\/strong> <\/span>Kwon, D. Nature\u00a0<\/em>598<\/strong> , 558-560 (2021). doi:\u00a0https:\/\/doi.org\/10.1038\/d41586-021-02904-w<\/a><\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Introducci\u00f3n As\u00ed como el ser humano ha tenido curiosidad del espacio sideral, preguntando y buscando respuestas a traves de la exploraci\u00f3n espacial o la observacion con potentes telescopios, tamb\u00eden lo… <\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":2502,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[16,11,18],"tags":[],"class_list":["post-2501","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-avan","category-destacado","category-porta"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/elvitraldelaciencia.org\/revista\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2501","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/elvitraldelaciencia.org\/revista\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/elvitraldelaciencia.org\/revista\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elvitraldelaciencia.org\/revista\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elvitraldelaciencia.org\/revista\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2501"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/elvitraldelaciencia.org\/revista\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2501\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elvitraldelaciencia.org\/revista\/wp-json\/wp\/v2\/media\/2502"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/elvitraldelaciencia.org\/revista\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2501"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/elvitraldelaciencia.org\/revista\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2501"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/elvitraldelaciencia.org\/revista\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2501"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}