Mejora la visualización de las máquinas moleculares

Muchas tareas de las células vivas son realizadas por estructuras macromoleculares, cuya naturaleza flexible les permite adoptar distintas conformaciones, o versiones, necesarias para realizar sus funciones, como descifrar el material genético y la defensa contra infecciones bacterianas o virales. Los científicos utilizan la criomicroscopia para visualizar moléculas grandes y dinámicas, como los ribosomas. Sin embargo, esta técnica de visualización produce un ruido de fondo, muy superior a la imagen de la nanomolécula, que es complicado combatir. José María Carazo y Sjors H. W. Scheres, entre otros investigadores del Centro Nacional de Biotecnología (en Madrid), han desarrollado, junto con científicos estadounidenses, un nuevo método que permite procesar este tipo de imágenes para obtener la estructura tridimensional de nanomáquinas moleculares a alta resolución (entre uno y dos nanómetros). Este método matemático, que se ha probado con el ribosoma y con una proteína del virus de los simios 40 (SV40), se ha publicado en la revista Nature Methods.

Este trabajo se ha centrado en el estudio de las nanomáquinas macromoleculares de las células, para que "sin saber en principio si sólo tienen una versión o no, seamos capaces de obtener estructuras tridimensionales de las distintas versiones, porque, si no, nunca podremos empezar a entender cómo funcionan". Las distintas versiones son difíciles de separar bioquímicamente porque es la misma entidad química.

Ventanillas subidas

Carazo lo compara con el estudio de un automóvil, "otra máquina compleja". Al estudiar estadísticamente miles de imágenes de un coche, unas veces aparecerá con la ventanilla del conductor bajada, otras veces subida. "Todas esas imágenes son muy similares pero tienen un grado de diferencia pequeño (la ventanilla), que es clave para entender que existen ventanillas y cómo funcionan", explica.

Lo que el método hace es evaluar centenares de miles de imágenes sin resolver y separar las imágenes que, siguiendo la analogía, proceden de un coche con las ventanillas bajadas de las del vehículo con las ventanillas subidas. Tras un exhaustivo trabajo matemático previo de casi dos años para desarrollar los algoritmos en colaboración con dos grandes matemáticos estadounidenses, la resolución de los casos reales se ha hecho durante medio año en el supercomputador MareNostrum, en Barcelona, ya que cada reconstrucción ha necesitado 10.000 horas de cálculos. "El método da por primera vez la capacidad de analizar mezclas de conformaciones y, por tanto, entender la dinámica de las nanomáquinas", afirma Carazo.