CLAVE PARA EL DESARROLLO DE NUEVOS FÁRMACOS

Criomicroscopía electrónica: España se apunta a la “revolución” de la biología estructural

El Centro Nacional de Biotecnología (CSIC) trabaja desde hace meses con un criomicroscopio electrónico de última generación. Entre otros proyectos, ha analizado la estructura de las espículas del coronavirus.

Sala del Centro Nacional de Biotecnología (CSIC) con los dos criomicroscopios electrónicos (Foto: Javier Chichón - CSIC)
Sala del Centro Nacional de Biotecnología (CSIC) con los dos criomicroscopios electrónicos (Foto: Javier Chichón - CSIC)

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27.11.2021 - 00:30

En 2017, el premio Nobel de Química fue a parar a tres de los pioneros que desarrollaron la llamada ‘criomicroscopía electrónica’, técnica consistente en observar el funcionamiento de una célula a resolución atómica a través de muestras conservadas a muy bajas temperaturas. Se trata de una observación tan al detalle que está permitiendo, entre otros avances, la posibilidad de desarrollar nuevos fármacos.

Desde entonces, España se ha sumado a la “revolución” mundial que representa esta técnica. En mayo de este año, el Centro Nacional de Biotecnología, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CNB-CSIC), recibió una de las herramientas más potentes en el análisis de este tipo de imágenes. Se trata de un criomicroscopio electrónico, infraestructura que está siendo utilizada para proyectos tanto nacionales como internacionales.

"Cada día, una infraestructura como esta puede generar entre 3-4 terabytes de información. Si sale bien, puede determinar la estructura de la molécula biológica que se está analizando"

Para conocer cómo funciona, para qué trabajos se está empleando y qué representa para el ámbito sanitario, SaluDigital se ha puesto en contacto con José María Valpuesta, director científico del servicio de Criomicroscopía del CNB-CSIC. Este investigador aventura un futuro “muy brillante” para esta técnica ya que su desarrollo “no ha hecho más que empezar”. De hecho, augura que “pueden ocurrir cosas increíbles” que hagan que la criomicroscopía electrónica “sea la herramienta por antonomasia en la determinación de estructuras biológicas”.

UN APARATO “MUY COMPLEJO”

La excepcionalidad de este aparato no está exenta de complejidad. Este microscopio de gran tamaño “requiere de mucho cuidado”. Su montaje, que tuvo que retrasarse con motivo de la pandemia de Covid-19, “costó bastante” y para que sea útil y se aprovechen bien sus funciones es necesario “que esté trabajando continuamente y que lo haga de forma automática”, subraya Valpuesta a este medio.

En el día a día, son únicamente tres personas del servicio de Criomicroscopía las que tienen contacto con la herramienta. Son técnicos del CBN-CSIC “muy preparados” que trabajan en un espacio muy “cuidado” ya que en el habitáculo “no hay corrientes de aire ni cambios de temperatura”.
Personal del servicio de Criomicroscopía electrónica del CNB CSIC (Foto César Hernández   CSIC)

En primer lugar, se prepara una muestra que debe estar vitrificada. Esta congelación se mantiene a temperatura de nitrógeno líquido y permite que no se vea afectada por el hielo. Una vez está lista, se introduce en el microscopio junto a otras muestras distintas, pero solo de una de ellas toma imágenes. “Al microscopio se le enseña a obtener imágenes de la que mejor se adapte y lo hace durante el tiempo que le digamos. Literalmente puede tomar datos durante varios días”, expone este científico.

Como es de esperar, esa recogida de información es bien fructífera. “Cada día, una infraestructura como esta puede generar entre 3-4 terabytes de información. Es una barbaridad. Genera muchísimo datos”. Tras ello, tiene lugar el procesamiento de los datos recabados, que “lleva bastante tiempo” pero que “si todo sale bien” puede determinar a nivel atómico la estructura de la molécula biológica que se está analizando.

BENEFICIOS SANITARIOS DE LA CRIOMICROSCOPÍA

Hasta ahora, para determinar estas estructuras únicamente podían usarse “dos técnicas clásicas”. Hablamos de la cristalografía de rayos X y la resonancia magnética nuclear. Estas, aunque servían, tienen ciertas “limitaciones”. Aunque la microscopía electrónica también se empleaba, no se ha extendido su uso hasta que “han surgido una serie de mejoras”, como la posibilidad de trabajar a temperaturas muy bajas o el procesamiento de imágenes. “Es mucho más versátil”, apostilla.

La precisión es una de las características de esta herramienta. Ver imágenes a resolución atómica permite ver, por ejemplo, “los átomos en el espacio tridimensional” o “la entrada de un virus en una célula”. De esta forma, conocer bien las estructuras harán que “entendamos mejor la función de las proteínas para en el futuro poder modificarla para fines biotenológicos”.

“Si conocemos muy bien la estructura de una proteína que está involucrada en un proceso infeccioso o cancerígeno, podemos buscar el centro activo y diseñar moléculas que bloqueen esa acción”

Las compañías farmacéuticas están especialmente interesadas en esta técnica. “Algunas disponen de este aparataje o lo hacen mediante colaboraciones con centros como el nuestro”, detalla José María Valpuesta. Como ejemplo, este investigador cita la siguiente práctica: “Si conocemos muy bien la estructura de una proteína que está involucrada en un proceso infeccioso o cancerígeno, podemos buscar el centro activo y diseñar junto a farmacólogos y químicos moléculas que bloqueen esa acción”.

José María Valpuesta junto a Pedro Duque (Foto CSIC)

En los meses que ha estado en funcionamiento, el microscopio ha trabajado en este sentido. “Ya nos ha permitido  determinar estructuras de muchos tipos de proteína. Entre ellas, las espículas del coronavirus, el material que es reconocido por las células a las que va a infectar. Esto puede permitir en el futuro diseñar anticuerpos y otras moléculas que bloqueen ese reconocimiento”. Junto a ello, han trabajado con “estructuras de otros virus y proteínas”.

EL PAPEL DE ESPAÑA

En comparación con otros países, España es de los que menos infraestructuras de este tipo tiene. Según el científico del CSIC, “tenemos dos aparatos, uno muy nuevo y otro más viejo que se usa para el procesamiento de datos”. Mientras, se espera que venga otro con destino a Bilbao. Por su parte, países como “Alemania o Gran Bretaña” pueden tener unos 30 criomicroscopios electrónicos, y a nivel mundial “la cifra está entre 300 y 400 aparatos”.

A pesar de esta baja infraestructura, Valpuesta destaca el papel de la comunidad científica que existe en España, con “15 o 20 grupos” que trabajan en esta materia. Esto permite que se trabaje “no solo para el CNB-CSIC y otros centros de España, sino también para países de la Unión Europea y de fuera como Argentina o Australia”. Actualmente, concluye, “trabajamos para cerca de 50 proyectos, nacionales e internacionales”.

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