Nuevo método para fabricar máquinas de proteínas, a escala nanométrica

La organización de la vida necesita de nanoestructuras (un nanómetro equivale a la milmillonésima parte de un metro) basadas en proteínas que a su vez están dispuestas de una forma precisa, que determina su función específica.

Investigadores de la Universidad Ludwig Maximilian (LMU) de Múnich (Alemania) han desarrollado un método -en el que se emplea luz verde- para instalar una por una moléculas de proteínas en su lugar de funcionamiento con precisión nanométrica.

Se espera que este método permita ensamblar nuevas máquinas biomoleculares. Los resultados de la presente investigación han sido publicados en la revista Journal of the American Chemical Society.

Cómo se hizo

Con la fina punta de un microscopio de fuerza atómica (AFM), los investigadores extrajeron las biomoléculas individualmente y las depositaron en otro lugar con precisión nanométrica.

Inicialmente, el equipo utilizó esta técnica, denominada “corta y pega de moléculas individuales” (SMC&P), con moléculas del ácido desoxirribonucleico (ADN).

Lo que les movió a utilizarlo con proteínas fue el hecho de que las máquinas moleculares responsables de la mayoría de los procesos bioquímicos que tienen lugar en las células estén compuestas por proteínas, y el hecho de que lograr ensamblar dichos dispositivos de forma controlada es uno de los objetivos más ambiciosos de la nanotecnología.

El equipo, liderado por el profesor Hermann Gaub de la LMU, señala que este avance permitirá comprender mejor qué ocurre en el interior de las células vivas y será de ayuda en el desarrollo, construcción y utilización de nanomáquinas a medida.

Gracias a esta técnica, los investigadores pudieron trasladar las proteínas desde un lugar de almacenamiento a un punto específico con precisión nanométrica.

“En un medio líquido a temperatura ambiente, las "condiciones atmosféricas" en la escala nanométrica son comparables a las de un huracán”, afirmó el autor principal, Mathias Strackharn de la LMU. Por lo tanto, es importante fijar fuertemente las moléculas y sujetarlas de forma segura en la punta del AFM a la hora de trasladarlas a la zona de construcción.

El resultado: un hombrecito verde

Según los investigadores, las fuerzas que mantienen fijas las proteínas cuando están siendo manipuladas y ensambladas también deben ser lo bastante débiles para evitar que éstas se dañen. Además, su control ha de ser exhaustivo.

El equipo alcanzó los objetivos del proyecto mediante una combinación de anticuerpos, proteínas de unión al ADN “con dedos de zinc” y anclajes de ADN.

“Hemos demostrado la viabilidad de este método uniendo cientos de moléculas GFP [proteína verde fluorescente] hasta formar un hombrecito verde como la figura de los semáforos que da el paso a los peatones, pero con tan solo unos micrómetros de altura”, explica Strackharn.

Esta técnica permite comprobar directamente los aspectos funcionales de las complejas máquinas proteínicas, incluyendo la interacción de diversas combinaciones de enzimas y la proximidad a la que deberían estar para llevar a cabo reacciones acopladas.

“Si podemos construir réplicas eficientes de estas "cadenas de montaje enzimático" uniendo las proteínas una por una, tal vez podamos contribuir de forma significativa a la explotación de fuentes de energía renovable”, concluye el científico.

Referencia bibliográfica:

Strackharn, M. et al., Nanoscale arrangement of proteins by single-molecule cut-and-paste. J. Am. Chem. Soc., 2012. doi:10.1021/ja305689r.