La criomicroscopía electrónica es una técnica de vanguardia en el campo de la biología que permite el estudio de estructuras moleculares a resolución atómica en muestras congeladas a muy bajas temperaturas.
La criomicroscopía electrónica (crio-EM) es una técnica puntera en biología estructural que ha permitido la visualización de moléculas y macromoléculas biológicas con una resolución sin precedentes. Esta técnica se basa en el congelamiento de muestras biológicas a una temperatura extremadamente baja y en muy poco tiempo, lo que permite que se mantengan las conformaciones nativas de las proteínas y otras estructuras celulares. Esta técnica se diferencia de la microscopía electrónica tradicional, dónde las muestras se incrustan en una resina plástica y se cortan en secciones delgadas antes de la obtención de imágenes, lo que puede causar distorsiones estructurales y artefactos. Cryo-EM evita estos problemas al obtener imágenes de muestras en su estado nativo, lo que puede preservar su estructura y función naturales.
El procedimiento para preparar las muestras biológicas comienza con su congelación en nitrógeno líquido (-196ºC), lo que permite que las proteínas se movilicen en una capa delgada de hielo y se coloquen en diferentes orientaciones. Luego la muestra se coloca en un microscopio electrónico de transmisión, y se capturan varias imágenes de alta resolución utilizando potentes ordenadores. Las imágenes ya digitalizadas en 2D se procesan para obtener una reconstrucción 3D de las estructuras macromoleculares, posibilitando incluso la visualización de los aminoácidos que conforman las proteínas.
La crio-EM ha sido una de las técnicas más transformadoras en el campo de la biología estructural en la última década, ya que ha permitido resolver estructuras biológicas que antes eran inaccesibles, como complejos macromoleculares grandes y complejos, las fibras amiloides, los virus y las maquinarias de división celular y de síntesis de proteínas. A diferencia de la cristalografía de rayos X, que ha sido la técnica predominante en la resolución de estructuras biológicas durante décadas, la crio-EM no requiere la cristalización de las muestras y permite visualizarlas en una variedad de estados conformacionales.
En el campo de la medicina, sigue siendo clave en el estudio de enfermedades como el cáncer, el Alzheimer y la enfermedad de Parkinson, ya que ha permitido visualizar las estructuras de proteínas implicadas en dichas enfermedades y observar la interacción de pequeñas moléculas con los complejos proteicos. Este conocimiento permite caracterizar potenciales inhibidores de procesos cancerígenos o de las enfermedades neurodegenerativas teniendo un impacto significativo en la industria farmacéutica. La posibilidad de visualizar la conformación tridimensional de proteínas terapéuticas abre las puertas a optimizar medicamentos y a diseñar fármacos más efectivos.
El impacto de la crio-EM en la ciencia ha sido reconocido por la comunidad científica y la sociedad en general en 2017, cuando Jacques Dubochet, Joachim Frank y Richard Henderson fueron galardonados con el Premio Nobel de Química por su “desarrollo de la criomicroscopía electrónica, una técnica para la determinación de alta resolución de la estructura de los biomoleculares en solución”.
La crio-EM ha revolucionado el campo de la biología estructural, y sigue siendo un área de investigación emocionante y en rápida evolución. Las mejoras en la tecnología de detección de electrones y en la automatización y perfeccionamiento de adquisición de imágenes permitirán el estudio de estructuras aún más grandes y complejas. Estos avances serán claves en el campo de la biomedicina y de la medicina de precisión, y ayudarán a descifrar y a curar diferentes enfermedades.
Dentro del Plan Complementario de Biotecnología Aplicada a la Salud, se ha instalado un criomicroscopio Titan Krios G4 en plataforma BREM (Basque Resource for Electron Microscopy), en el País Vasco, situándola como una de las referencias europeas en el campo de la biología estructural.
