El pasado mes de agosto, miembros del proyecto ISOLDE llamado LOI88 emplearon con éxito una nueva técnica para estudiar la interacción de iones metálicos en un líquido. Es la primera vez que estos iones han sido estudiados en un medio líquido similar al cuerpo humano, un logro técnico que abre prometedoras puertas para la Bioquímica. Investigadores del Instituto de Estructura de la Materia (IEM), centro del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han tenido un papel relevante en el desarrollo de esta técnica.
“Más de la mitad de las proteínas en el cuerpo humano contienen iones metálicos como magnesio, zinc y cobre”, explica Monika Stachura, biofísica de la Universidad de Copenhague y líder del proyecto LOI88. “Sabemos que estos elementos son cruciales para la estructura y función de las proteínas, pero su comportamiento e interacciones no se conocen en detalle”.
Detectar estos iones directamente en un medio similar al cuerpo humano es problemático, puesto que tienen una capa atómica cerrada que los hace invisibles a la mayoría de las técnicas espectroscópicas.
Atrapar iones en gotas de líquido
Sin embargo, utilizando la técnica de resonancia magnética nuclear con haces radiactivos (beta-NMR) polarizados mediante láseres (en este caso, el láser COLLAPS de ISOLDE), el equipo de LOI88 consiguió por primera vez con éxito registrar una señal procedente de iones metálicos en un entorno líquido similar al cuerpo humano.
Para hacer visibles los iones en un medio líquido, los físicos de ISOLDE han empleado la técnica beta-NMR, que requiere polarizar los iones radiactivos, que son posteriormente atrapados por una gota del líquido de interés. Para polarizar los iones se ha empleado luz láser de COLLAPS. Estas medidas se realizan normalmente en vacío. Sin embargo, el medio líquido no lo es.
Diseño complejo
“Cuando una solución líquida se introduce en un vacío primero hierve y luego se congela, haciendo imposible realizar el experimento”, explica el investigador postdoctoral del IEM-CSIC Alexander Gottberg, quien diseñó el sistema que permite pasar del vacío en que se mueve un haz radiactivo a la presión atmosférica de la gota del líquido. “Para resolver el problema, tuvimos que introducir una diferencia de presión entre un vacío bajo alrededor del objetivo líquido y el alto vacío del haz. La parte más complicada de este diseño fue que el sistema de bombeo diferencial usado para este propósito tenía que producirse en tan sólo unos pocos centímetros”.
Al interactuar el haz radiactivo polarizado de COLLAPS con los iones metálicos de la gota líquida, se produce una interacción que modifica la emisión beta de la sonda radioactiva y que es detectada por el método de resonancia magnética nuclear. Esta asimetría en la emisión beta depende de los enlaces del ion metálico con la proteína, que mimetizan los procesos que ocurren dentro del cuerpo humano. Esta gota de líquido debe mantenerse con una densidad tal que el goteo caiga lentamente y permita el estudio de asimetría beta con resonancia magnética nuclear.
Aplicaciones
“Demostrando la viabilidad de la técnica hemos abierto nuevas puertas para Bioquímica”, concluye Monika Stachura. “Ahora estamos preparando los próximos pasos: inyectar macromoléculas y posteriormente proteínas en el líquido para ver cómo los iones metálicos interactúan entre ellos”.
ISOLDE es una instalación científica situada en la sede del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) de Ginebra. Está especializada en el estudio de núcleos exóticos y la forman 450 científicos de 13 países, entre ellos España. Su directora científica es la investigadora del IEM-CSIC, María José García Borge, que ha trabajado en ISOLDE desde 1984.
FOTO: Láser de ISOLDE. CERN
