CryoPRISM es una innovadora técnica desarrollada por estudiantes de posgrado en el MIT que permite observar complejos biomoleculares en un entorno más natural. Este método, conocido como purificación libre de imágenes de ribosomas, facilita la visualización de estructuras moleculares sin extraerlas completamente de su contexto celular, lo que proporciona nuevos conocimientos sobre la síntesis de proteínas en bacterias. La técnica ha demostrado ser rápida y económica, permitiendo a los investigadores descubrir estados ribosomales previamente desconocidos y mejorar nuestra comprensión de la regulación de la traducción. Con aplicaciones potenciales en organismos difíciles de estudiar, CryoPRISM representa un avance significativo hacia el objetivo más amplio de la biología estructural: investigar biomoléculas en su entorno natural.
Un nuevo avance en la biología estructural ha sido presentado por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) con el desarrollo de un método denominado CryoPRISM. Este innovador enfoque permite a los científicos observar complejos biomoleculares de manera rápida, precisa y económica, brindando así nuevas perspectivas sobre la síntesis de proteínas en bacterias.
El blobfish, que alguna vez fue considerado el animal más feo del mundo, ha experimentado una notable transformación en su reputación. Años después de su descubrimiento, se demostró que su apariencia poco atractiva se debía a un drástico cambio de presión al ser traído a la superficie. En su hábitat natural, a 1,200 metros de profundidad, este pez presenta un aspecto mucho más atractivo.
Los biólogos estructurales se enfrentan a un dilema similar al estudiar biomoléculas: extraer complejos biomoleculares de las células puede resultar en imágenes de mejor calidad, pero estas moléculas podrían no reflejar su estado natural. Por otro lado, observarlas sin alterar su entorno es un reto técnico considerable.
La técnica CryoPRISM, desarrollada por las estudiantes graduadas Mira May y Gabriela López-Pérez en el laboratorio del profesor Joseph Davis en el Departamento de Biología del MIT, representa una solución intermedia. Este método permite visualizar complejos moleculares sin sacarlos demasiado de su contexto natural.
CryoPRISM captura estructuras moleculares en células que han sido recién rompidas. Según el profesor asociado Joey Davis, este enfoque se aproxima a preservar las interacciones naturales entre las moléculas, evitando la necesidad de recurrir a técnicas extremadamente costosas como la imagenología estructural in situ.
Davis afirma: “Creemos que el método CryoPRISM es un punto óptimo donde preservamos gran parte de los contactos celulares nativos, pero aún logramos la resolución necesaria para observar detalles moleculares”. A pesar de que se ha investigado durante más de 50 años el sistema bien conocido de traducción en E. coli, todavía se están descubriendo nuevos estados que habían pasado desapercibidos.
El desarrollo de CryoPRISM surgió gracias a una observación inesperada realizada por Mira May mientras trabajaba en otro proyecto. Al igual que todos los organismos vivos, las bacterias dependen del proceso llamado traducción para fabricar proteínas esenciales para diversas funciones celulares. Un componente clave en este proceso es el ribosoma, un complejo biomolecular que ensambla proteínas según instrucciones codificadas por otra molécula llamada mRNA.
May intentaba identificar nuevos reguladores ribosomales utilizando criomicroscopía electrónica (cryoEM) al congelar rápidamente muchas moléculas purificadas y recolectar miles de imágenes bidimensionales para reconstruir sus estructuras tridimensionales. Diseñó un control negativo que contenía lisado bacteriano no purificado —una mezcla de todo lo que se derrama al romper células— esperando obtener imágenes ruidosas y de baja calidad. Sin embargo, para su sorpresa, observó ribosomas intactos junto con sus socios interactivos naturales.
A medida que May y sus colegas confirmaron que CryoPRISM podía detectar estados ribosomales conocidos, comenzaron a buscar aquellos que habían escapado previamente a la detección. “No solo podemos reproducir cosas que se han observado anteriormente, sino también descubrir nueva biología ribosomal”, señala May.
Uno de los nuevos estados identificados tiene importantes implicaciones para comprender la evolución de la regulación en la traducción. Durante la traducción activa, los ribosomas bacterianos son acompañados por proteínas auxiliares llamadas factores de elongación, responsables de llevar materiales necesarios para la síntesis proteica.
Cuando las células enfrentan condiciones desfavorables como temperaturas frías, reducen la traducción y muchos ribosomas quedan inactivos. Estos ribosomas hibernantes dejan de decodificar mRNA y su interfaz habitual queda bloqueada por un factor llamado RaiA, que evita su reactivación.
May observó este estado ribosomal inactivo y notó algo sorprendente: algunos ribosomas inactivos estaban interactuando no solo con RaiA sino también con un factor de elongación llamado EF-G, conocido hasta ahora solo por interactuar con ribosomas activos. Este fenómeno había sido documentado anteriormente en organismos más complejos; sin embargo, su presencia en microbios podría indicar un origen evolutivo más antiguo.
Mira May ya ha colaborado con otros investigadores del MIT para aplicar CryoPRISM en visualizar ribosomas en células difíciles de trabajar, incluyendo organismos patógenos y glóbulos rojos aislados de pacientes. Además de sus aplicaciones inmediatas en investigación sobre traducción, CryoPRISM representa un paso hacia el objetivo más amplio de la biología estructural: estudiar biomoléculas en su entorno natural.
Como concluye Davis: “Para aprender verdaderamente sobre los peces abisales, los científicos deben observarlos en el fondo marino; y para entender las máquinas celulares, deben estudiarlas dentro de las células”. CryoPRISM se alinea perfectamente con esta tendencia hacia una biología estructural cada vez más contextualizada.