Arxiu del dijous, 5/10/2017

Premi Nobel de Química: Com mirar les molècules biològiques

dijous, 5/10/2017

Els humans som animals eminentment visuals i entenem molt millor aquelles coses que podem veure. Per això, l’invent del microscopi va representar una revolució. Abans ja vèiem el verdet i la floridura que creixia sobre els aliments, però fins que no vàrem observar els microorganismes que el generaven no vam entendre de que anava la cosa. El problema és que els microscopis tenen limitacions i no permeten arribar fins a detectar àtoms. Una llauna en l’època de la biologia molecular, en la que el que fem és, sobretot, manipular molècules.

Per això hi havia el microscopi electrònic, però tenia moltes limitacions i, en cap cas servia per estudiar una cèl·lula en condicions normals. Les mostres del microscopi electrònica han d’estudiar-se en condicions de buit, queden fregides pel feix d’electrons i s’han de preparar de manera que queden molt alterades respecte de les condicions originals. Segons per quin tipus de mostra no és un problema, però si vols estudiar de quina manera es plega una proteïna quan s’enganxa a un receptor, per exemple, doncs simplement no servia.

Durant un temps es van anar fent millores en la tècnica i mica a mica es van aconseguir imatges que permetien deduir el perfil de molècules grans, com proteïnes, però amb una resolució insuficient. Això va anar així fins l’any 1990, en que Richard Henderson va presentar la primera “imatge” d’una proteïna, la bacteriorodopsina, en la que es podien identificar individualment els àtoms que la formaven. Allò va ser una millora extraordinària, però no n’hi havia prou. La resolució era la necessària, però no servia per tots els tipus de proteïna. Ell n’havia fet servir una que s’empaquetava de manera molt ordenada i recordava les mostres cristal·litzades que es feien servir per les imatges de difracció de raigs X, però moltes altres no estan disposades d’aquesta manera..

Aquest obstacle es va superar gràcies a la feina de Joachim Frank, que als anys 80 va desenvolupar la metodologia per obtenir imatges en tres dimensions a partir de grapats d’imatges bidimensionals. Si tenim molta mostra de la mateixa proteïna i n’obtenim una imatge al microscopi electrònic, trobarem que cada una de les proteïnes ha aparegut en una posició diferent. Unes de cara, altres de costat, altres estirades… Frank va idear els algoritmes que permetien agrupar totes aquestes imatges i ordenar-les de manera que permetessin reconstruir la imatge tridimensional correcta.

Però quedava el tema d’obtenir mostres en les que la proteïna estigués en la mateixa forma que dins la cèl·lula. La forma en que les proteïnes i la resta de molècules estan plegades està molt condicionada per la capa d’aigua que els envolta. Si per obtenir les imatges hem de treballar en condicions de buit, l’aigua desapareix. Això ho va evitar en Jacques Dubochet amb un sistema de congelació ultraràpida de les mostres. De fet, ho feia tant de pressa que l’aigua no agafava estructura de cristalls, com en el gel normal, sinó més aviat de vidre, amb les molècules immobilitzades a la seva posició inicial. L’aigua quedava vitrificada i la proteïna romania en la seva forma inicial.

Aquestes mostres ja es podien processar amb la tècnica de Henderson i processar informàticament amb els algoritmes de Frank per obtenir les imatges de les proteïnes on podem veure cada àtom al seu lloc i que ara ja ens semblen tan habituals. Tot plegat ha representat obrir una porta per “mirar” a nivell atòmic el que fan les molècules dins la cèl·lula i per això han guanyat el Premi Nobel de Química.