Con un poco de imaginación, el ADN se parece mucho a una cuerda retorcida: una cadena larga y flexible de hilos retorcidos. Puedes agarrar una cuerda, estirarla y darle la vuelta. Esto también es posible con una cadena de ADN, aunque esta cadena es mil millones de veces más pequeña. Es un trabajo. También necesitas mini pinzas para esta mini cuerda.
Tal trabajo meticuloso es la especialidad de Nynke Dekker (1971), profesora de biofísica molecular en el Instituto Kavli de Nanociencia de TU Delft. Ella misma construye el complicado equipo para captar moléculas individuales de ADN. Ella recibirá a finales de mayo. el premio holandés de física, por su forma innovadora de investigar a nanoescala. “Los ingenieros mecánicos entienden las máquinas grandes”, dice Dekker. “Tratamos de entender cómo funcionan las pequeñas máquinas biológicas. Todo es posible en biología, ya lo he descubierto”.
¿Qué te fascina de este campo?
“A principios de este siglo, los científicos obtuvieron cada vez más control sobre las moléculas biológicas y se podían hacer pruebas cada vez más precisas. Pensé que sería fantástico como físico ser parte de ese movimiento. Los físicos eran una cosa independiente en ese entonces, nerds construyendo sus nuevos instrumentos. Pero al final resultamos útiles y luego fuimos absorbidos en parte por la biología.
“Eso es también lo que hace que este campo sea divertido, que sea tan interdisciplinario. Además de los físicos para los instrumentos, necesitamos bioquímicos para la purificación y caracterización de proteínas y programadores para el análisis de datos. De esta manera, un equipo puede lograr lo que ningún individuo podría lograr solo. Están surgiendo nuevos desarrollos en este campo, como la microscopía de súper resolución o los nuevos métodos de secuenciación de ADN”.
Debido a que es un proceso biológico tan crucial, tenemos curiosidad por saber cómo funciona a nanoescala.
La biofísica molecular es un bocado. ¿Qué haces como biofísico molecular?
“En realidad, dos cosas: diseñamos instrumentos con los que podemos observar moléculas individuales. Luego lo usamos para investigar qué hacen esas moléculas. De hecho, hacemos preguntas biológicas, que respondemos desde una perspectiva física. Mi interés radica en la replicación del ADN, la copia del ADN. El mecanismo detrás de esto se ha estudiado durante algún tiempo desde la bioquímica: ¿qué proteínas están involucradas? Desde una perspectiva biofísica, echa un vistazo debajo del capó. ¿Cómo se mueven todas esas proteínas?
¿Por qué quieres saber con tanto detalle cómo funciona la replicación del ADN?
“Si el replisoma, el complejo proteico que regula la replicación del ADN, no se ensambla correctamente o no se mueve, entonces el ADN no se copia correctamente. Entonces tienes un problema. Debido a que es un proceso biológico tan crucial, tenemos curiosidad acerca de cómo funciona a nanoescala. Debido a que medimos cada replisoma individual, podemos obtener una imagen de todo el mecanismo de replicación en funcionamiento, con una resolución muy alta”.
¿Cómo se hace eso, mediciones en moléculas individuales?
“Medimos el número de proteínas, su velocidad y hacia dónde se mueven. Esto se puede hacer, por ejemplo, pegando etiquetas luminosas a sus proteínas. Con un microscopio de fluorescencia puedes seguir cómo se mueven sobre el ADN, los filmas a nanoescala.
“También medimos fuerzas. ¿Cuál es la influencia de la forma del ADN, es decir, la longitud o la torsión, en el funcionamiento de una proteína? Tomemos, por ejemplo, una proteína motora que se mueve sobre el ADN. Ejerce una fuerza sobre la hebra. Si también ejerce una fuerza en la dirección opuesta sobre el ADN, puede medir qué tan poderosa es esa proteína. Hacemos esto con pinzas magnéticas, entre otras cosas”.
Diseñamos nuestros instrumentos de acuerdo con nuestros propios deseos, para que podamos medir exactamente lo que queremos medir.
Dekker camina hacia el laboratorio, baja una amplia escalera y atraviesa pasillos blancos. “A veces me pierdo aquí, porque no estoy aquí tan a menudo. Paso más tiempo en mi oficina”. Una puerta conduce a una habitación sin luz natural. Una gran caja de vidrio, rodeada por una cortina, se encuentra sobre una mesa resistente. Contiene un arreglo que muestra muchas similitudes con un microscopio. Donde normalmente hay una lente, hay imanes.
“En realidad es bastante simple. Hay ADN en una placa debajo de esos imanes. Pegas un extremo del hilo a la placa de vidrio y el otro a una bola magnética. Los imanes de arriba atraen esas esferas, lo que ejerce fuerza sobre el ADN. Con un motor podemos mover los imanes hacia arriba y hacia abajo y girar, haciendo que el ADN se estire o gire. Eso a su vez influye en el funcionamiento de las proteínas”.
Parece que esta configuración fue construida por uno mismo.
«Latidos. Solíamos construir todos los instrumentos nosotros mismos, ahora estimo un 60 por ciento. Diseñamos nuestros instrumentos de acuerdo con nuestros propios deseos, para que podamos medir exactamente lo que queremos medir. Inicialmente, llevó meses diseñar las pinzas magnéticas. Ahora es más un kit de construcción de Lego. Construiremos uno en unas pocas semanas.
“Los usamos más recientemente en nuestra investigación de virus. Solo necesitan una proteína de replicación, la polimerasa, lo que hace que los experimentos sean relativamente simples. Hemos investigado cómo los inhibidores de virus obstaculizan dicha polimerasa a nivel molecular, lo que nos permite identificar el punto débil en un mecanismo de replicación. Con base en esta información, otros científicos pueden diseñar inhibidores para reducir la población de virus.
No soy un ingeniero averiguando cómo funciona la última cafetera.
“Tenemos siete de esas pinzas magnéticas aquí, pero, irónicamente, no usamos ninguna en este momento. Esto se debe a que en los últimos años hemos estudiado principalmente el replisoma de células con núcleo celular. No consta de una proteína, sino de al menos quince. Esto a menudo sale mal con esta configuración: con esta configuración no se puede ver si el replisoma se está armando correctamente. Una proteína siempre puede adherirse a la imagen, entonces el experimento ya no le servirá de nada.
“Es por eso que ahora trabajamos más con microscopía de fluorescencia. Recientemente usamos esto para mapear el funcionamiento de la helicasa: un complejo proteico que descomprime el ADN para que pueda ser copiado. Nuestro objetivo final es comprender cómo funciona el replisoma en su conjunto. Necesitas técnicas complejas para eso. Es por eso que pronto integraremos la microscopía de fluorescencia en las pinzas magnéticas”.
¿Encuentras las máquinas en la escala ‘normal’ tan interesantes como las máquinas en la nanoescala?
“No, no soy un ingeniero averiguando cómo funciona la última máquina de café. Siempre he tenido una fascinación por lo pequeño. No puedo dar una razón racional para eso, pero a una escala tan pequeña, una máquina se siente más manejable”.