Todo comenzó con una observación que los científicos de ETH hicieron hace unos dos años con una proteína fluorescente especial aislada de los corales: Dendra 2, que fluoresce en verde. La luz se puede usar para cambiar su estructura molecular para que cambie su color a rojoLos investigadores descubrieron una nueva forma para este interruptor de color: primero, se excita brevemente con un pulso de luz láser azul y luego se ilumina inmediatamente con luz infrarroja cercana. Las aplicaciones para este interruptor de color de dos fases incluyen microscopía de fluorescencia, que hacees posible ver un punto tridimensional, definido con precisión por ejemplo, una sola célula en el tejido de un organismo de observación.
Un equipo internacional de investigadores dirigido por Periklis Pantazis, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas D-BSSE en ETH Zurich en Basilea, ahora ha explicado este mecanismo de cambio de color de dos fases. Los científicos se refieren a esto como"conversión preparada". El nuevo conocimiento permite a los investigadores modificar otras proteínas sensibles a la luz para que también puedan excitarse en dos fases.
dentro de milisegundos
Los investigadores de ETH Zurich, el Instituto de Tecnología de Karlsruhe y el Campus de Investigación Janelia en Ashburn, Virginia, examinaron de cerca las proteínas activadas con luz azul y lograron demostrar que estas proteínas entran en un estado excitado que dura varios milisegundos ". Eso es relativamentelargo ", explica Pantazis." Otros fenómenos de fluorescencia son mucho más cortos "
Los científicos también pudieron demostrar que este estado es un caso de un fenómeno conocido por la química cuántica: un "estado triplete". Después de aproximadamente cinco milisegundos, la proteína fluorescente Dendra 2 vuelve a su estado fundamental. La conversión anticipada solo ocurresi la segunda fase, la iluminación con luz infrarroja cercana, ocurre dentro de la ventana de tiempo del triplete.
secuencias de aminoácidos modificadas
La duración del estado del triplete depende en gran medida de la estabilidad de la proteína fluorescente. Esto, a su vez, depende de la secuencia exacta de los bloques de construcción de proteínas aminoácidos, por lo que los científicos modificaron la secuencia de aminoácidos de Dendra 2 envarias manchas. Luego hicieron lo mismo con otra proteína fluorescente, Eos. Hasta ahora, esta proteína no podía excitarse en dos fases. Está documentado en la literatura científica que estas ubicaciones son esenciales para el estado del triplete.
Los científicos midieron la duración del estado triplete con todas las nuevas proteínas. Este estado se extendió significativamente en varias de las proteínas probadas. Los científicos también pudieron modificar la proteína Eos para que también pudiera activarse en dos fasesLograron hacer esto con otras seis proteínas que nunca antes se habían activado en dos fases ". Las proteínas modificadas no solo se hicieron intercambiables en dos fases por primera vez; también son más estables y, por lo tanto, fluorescen más intensamente,"dice Manuel Mohr, un estudiante de doctorado en el grupo de Pantazis y autor principal del estudio.
Posible con cualquier microscopio
Los científicos hicieron el descubrimiento original con un láser no disponible convencionalmente, usando luz en el rango infrarrojo cercano. Hoy, sin embargo, los científicos han demostrado que el efecto también se puede lograr usando los mismos láseres rojos convencionales que se encuentran en cada microscopio de fluorescenciaEn otras palabras, la conversión cebada es posible con cualquier microscopio de fluorescencia.
La conversión preparada se puede utilizar en microscopía para marcar un punto definido de forma limitada en una muestra de tejido. Los científicos hacen esto apuntando un rayo láser azul y rojo al tejido para que los haces se crucen en un solo punto. La conversión preparada ocurresolo en esta intersección. "Debido a que ni la luz láser azul ni la roja tienen un efecto tóxico, el método es ideal para los organismos vivos", dice Pantazis. Las aplicaciones con otras técnicas de microscopía también pueden ser posibles, incluida la microscopía de súper resolución, que ha existidopor varios años ahora.
mapeo cerebral y secuenciación de genes
"Ahora sabemos cómo modificar las proteínas fotoconvertibles para que cambien en dos fases", dice Pantazis. Los investigadores han patentado este descubrimiento. Los científicos de ETH están trabajando junto con expertos en proteínas para modificar otras proteínas fluorescentes utilizadas en microscopía en el mismocamino.
Los investigadores modificaron recientemente las proteínas para que puedan separarse de un mensajero activador de genes de una manera que les permita ser activados por la luz con dos colores. Por ejemplo, podrían iluminar el tejido con un haz azul y rojo que se cruza enun solo punto, lo que hace posible activar genes específicos en una sola célula del tejido. Las proteínas que detectan calcio también pueden modificarse de esta manera y podrían utilizarse para el mapeo cerebral en 3D.
Los biólogos pueden usar la nueva técnica para otros análisis funcionales en 3D: ETH Zurich ya ha emitido varias licencias para la patente, incluso para una nueva empresa que planea desarrollar una técnica de secuenciación de ADN utilizando una matriz 3D.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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