México ingresa a la era de la microscopía de súper resolución
MORELIA, Mich., 8 de abril de 2016.- Desde el Laboratorio Nacional de Microscopía Avanzada (LNMA), con sede en el Instituto de Biotecnología (IBt) de la UNAM, México ingresó a la era de la microscopía de súper resolución. Ahí se observó la interacción entre adenovirus, un agente infeccioso común en vías respiratorias de humanos, y las células que infecta para llevar a cabo su ciclo de replicación.
Según un comunicado de prensa, con los resultados del estudio se produjo el primer artículo científico de investigadores mexicanos con datos biológicos obtenidos por esta técnica. Se trata de “Morphological, Biochemical, and Functional Study of Viral Replication Compartments Isolated from Adenovirus-Infected Cells”, que se publicará próximamente en el Journal of Virology.
El adenovirus “secuestra” la maquinaria de la célula que infecta e inactiva sus mecanismos de defensa para producir cientos y hasta miles de copias de progenie viral, asegurando la propagación del virus a otras células y organismos, explicó Christopher Wood, encargado del LNMA.
Para este proceso, la maquinaria de reproducción del virus se concentra en estructuras llamadas compartimentos de replicación (RC), que se forman dentro de la célula infectada. Los procesos que regulan esa interacción no habían sido observados en escalas nanométricas, hasta ahora.
Se enfrentaba un gran obstáculo: el tamaño de los RC, de alrededor de 200 nanómetros (0.2 micrómetros), imposibles de ver a detalle con microscopía óptica convencional, o con microscopía electrónica, pues con esta última no se pueden observar eventos dinámicos, en células vivas.
En cambio, el nuevo tipo de microscopía aumenta de 10 a 20 veces la resolución espacial. “La diferencia sería como ver una película en DVD o en Blu-Ray, o entre apreciar un cuadro de Vincent Van Gogh de lejos y analizar de cerca las pinceladas individuales con las que creaba sus obras”, ejemplificó el científico.
A detalle
La súper resolución (por la que sus inventores recibieron en 2014 el Premio Nobel de Química) está transformando la microscopía óptica, un desarrollo sobre la microscopía óptica de fluorescencia. Esta metodología permite obtener imágenes de sistemas vivos con una resolución espacial de nanómetros, y su implementación en México ha sido un objetivo del LNMA desde que abrió, en 2013.
La meta se alcanzó gracias a Adán Guerrero, investigador del Laboratorio; a su estudiante Haydée Hernández, de la licenciatura en Ciencias de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (UAEM), y sus colaboradores.
La técnica, explicó Wood, se basa en la observación de moléculas fluorescentes, que emiten fotones cuando se excitan con luz. “Si marcamos las estructuras de interés, en este caso los RC, con moléculas fluorescentes específicas, podemos visualizarlas fácilmente con un microscopio, aunque no necesariamente con mayor resolución”.
La clave es usar patrones estructurados de iluminación o captar la luz emitida por las moléculas fluorescentes con cámaras de alta velocidad y sensibilidad, de tal manera que se permita separar los fotones provenientes de una molécula, de los que emiten sus vecinas.
Líneas de investigación
En la actualidad, el LNMA ha apoyado a más de 250 líneas de investigación de científicos provenientes de nueve entidades de la República. Una de ellas es la de Ramón González García Conde, responsable del Laboratorio de Virología Molecular del Centro de Investigación en Dinámica Celular de la UAEM (CIDC-UAEM), cuyo trabajo se centra en examinar la interacción entre adenovirus y las células que infecta, como modelo para estudiar las alteraciones inducidas por infecciones virales en células tumorales.
Paloma Hidalgo Ocampo, alumna del posgrado en Ciencias Bioquímicas de la UNAM (quien desarrolla su trabajo de investigación en el CIDC-UAEM bajo la dirección de Ramón González) y primera autora del artículo, estudia el efecto de oncogenes de adenovirus sobre la organización estructural y funcional del núcleo de la célula infectada.
Estos virus no sólo causan queratoconjuntivitis, enfermedades respiratorias agudas y gastrointestinales, principalmente en niños menores de cinco años, sino que son unos de los principales candidatos para el desarrollo de vacunas y terapias anticáncer.
“La parte que analizamos con microscopía de súper resolución es la formación de los RC, que son como un microambiente que funciona para producir las moléculas que forman a la progenie viral y que regulan, a la vez, las respuestas que la célula desencadena contra la infección”.
Hidalgo Ocampo expuso que una de las principales observaciones que se hicieron es que estas estructuras tienen compartimentos; como una cebolla, se forman por diferentes capas. Antes de usar súper resolución parecía que un RC era una estructura esférica, “pero con el detalle que logramos obtener encontramos que las moléculas que los forman ocupan espacios diferentes”.
Los resultados de estos trabajos aportan información que permite aprender sobre la biología de esos virus y las alteraciones que provocan en la célula infectada. “Por lo tanto, será útil para la generación de vacunas y terapia anticáncer”.
Para estos experimentos se recolectaron imágenes en un microscopio cellTIRF, que emplea la técnica llamada reflejo interno total. “Luego vino la parte de computación, matemáticas y estadística, que hace factible separar la posición de cada estructura”.
Hoy se abre la posibilidad de que más interesados en usar la novedosa técnica en sus líneas de estudio sepan que en el LNMA pueden recibir adiestramiento o el apoyo de investigadores y estudiantes experimentados.
La siguiente fase de desarrollo para este espacio científico será llevar la técnica de dos a tres dimensiones. La microscopía de súper resolución promete transformar la biología celular y molecular, así como revolucionar nuestro conocimiento de los procesos que dan vida, finalizó Wood.
