Los arquitectos no pueden construir una casa sin las dimensiones adecuadas de los cimientos. Del mismo modo, los científicos no pueden desarrollar terapias farmacológicas específicas sin medir primero las superficies de las biomoléculas, como proteínas, ARN o ADN.
La mejor práctica para recopilar estas mediciones es muy controvertida en los campos de la biofísica y la biología estructural porque los científicos prefieren métodos diferentes y personalizados que a menudo producen una variedad de resultados para una biomolécula dada.
En una carrera hacia el final, un equipo de 27 laboratorios en todo el mundo, incluido el laboratorio de "Biofísica de molécula única" de Hugo Sanabria en la Universidad de Clemson, se propuso abordar esta discrepancia. Sus hallazgos, publicados esta semana en Métodos de la naturaleza , han desarrollado un protocolo estandarizado para la transferencia de energía de resonancia de Förster FRET, posiblemente uno de los métodos más precisos para medir distancias dentro de las biomoléculas.
En FRET, dos cromóforos, o compuestos químicos sensibles a la luz, están unidos a una biomolécula en dos posiciones diferentes. Cuando los cromóforos se aproximan entre sí y se colocan en la orientación correcta, se produce una transferencia de energía de un cromóforoen el estado excitado, un donante, al otro cromóforo, un aceptador. Después de incorporar la teoría de Förster, que describe el proceso de transferencia de energía entre los dos cromóforos, la distancia entre ellos se puede capturar con un microscopio.se conoce como eficiencia FRET y se conoce comúnmente como la "regla espectroscópica"
"Puede obtener la distancia entre los cromóforos de dos maneras utilizando mediciones basadas en la intensidad", dijo Sanabria. "Una forma es cuando fija la muestra en un microscopio de vidrio y observa esa molécula durante un período estándar".de tiempo. Estos son estudios de inmovilización. El otro método es cuando las moléculas se mueven, por lo que son libres de difundirse, y se toman muestras de muchas moléculas individuales durante muchos períodos cortos de tiempo. Esto utiliza un microscopio confocal como el que tenemosconstruido en Clemson ".
La idea de reunir las dos metodologías surgió en 2012 en una conferencia en Alemania, donde los investigadores de la comunidad de moléculas individuales pusieron en marcha un estudio de referencia mundial para determinar las eficiencias de FRET.
En el estudio, cada uno de los investigadores participantes recibió dos conjuntos de moléculas de ADN bicatenario marcadas con cromóforos FRET en diferentes posiciones. Algunos investigadores midieron las moléculas usando el método de inmovilización y otras con el método de difusión. Sin embargo, bajo elCon la apariencia de un estudio ciego, ninguno de los investigadores conocía la distancia real entre los cromóforos, lo que provocó un desafío en quién podría realizar la medición más precisa experimentalmente.
Afortunadamente para Sanabria, un nuevo profesor asistente en el departamento de física y astronomía de Clemson cuando se inició el estudio, su laboratorio estaba dentro del error común.
"Cuando comparé nuestros resultados con otros resultados que presentaron las personas, estábamos entre los que tenían la distancia más cercana a la esperada. Eso fue fantástico para nosotros", dijo Sanabria. "Fue una de las primeras muestras que medimosaquí en Clemson; y, para mí, fue la confirmación de que 'Sí, estamos haciendo esto correctamente' "
Al final, los investigadores informaron sus hallazgos dentro de un siete por ciento entre sí, llegando a un acuerdo sobre un conjunto de procedimientos que permiten la validación de eficiencias de FRET precisas y precisas sin importar qué método se utilice.
"Esto establece estas dos metodologías como los estándares en FRET", dijo Sanabria. "Básicamente establece que si lo haces a tu manera, estás bien, siempre y cuando hayas seguido un conjunto de reglas. Ahora, nuevolos investigadores que quieran hacer FRET tienen estos estándares a su disposición. Pueden comprar las muestras de un proveedor, medirlas y, si obtienen este número conocido, están listas para comenzar ".
Con este estudio viene un conjunto ampliado de capacidades en biología estructural para medir moléculas de diferentes formas y tamaños y producir nuevos modelos estructurales de esas moléculas. Y FRET, dice Sanabria, es el único método que puede superar las limitaciones de tamaño y estabilidad que elLos "estándares dorados de la biología estructural", como la cristalografía de rayos X, la resonancia magnética nuclear y la microscopía crioelectrónica, se enfrentan.
"Una vez que tiene la estructura, puede hacer lo que se llama desarrollo de fármacos dirigidos", dijo Sanabria. "Puede hacer estudios en silico donde consulte las bases de datos de estas pequeñas moléculas y vea qué moléculas interactúan con ese ADN, ARN oproteína y cuáles serán los efectos de esa molécula pequeña. Esto podría conducir a posibles nuevos medicamentos o aplicaciones de medicamentos para otras enfermedades que no hemos considerado ".
Como pioneros de la metodología FRET, Sanabria y sus colegas en la comunidad de moléculas individuales están trabajando para depositar los modelos estructurales de biomoléculas descubiertas por FRET en una base de datos disponible al público para que los investigadores interesados puedan continuar sus estudios en biología estructural.
"En este momento, lo que estamos haciendo está a la vanguardia de la ciencia. Esto realmente está marcando el comienzo de un nuevo campo dentro de la biofísica", dijo.
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Materiales proporcionado por Universidad de Clemson . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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