Investigadores del Instituto de Tecnología de California (Caltech) desarrollaron una técnica de microscopía avanzada que permite observar por primera vez las fluctuaciones estocásticas en células vivas, un hallazgo que podría revolucionar la comprensión de procesos biológicos a nivel molecular, según publicó Caltech y fue difundido por Mirage News.
El equipo, liderado por el profesor de bioingeniería Michael Roukes, logró visualizar variaciones aleatorias en la actividad de proteínas individuales dentro de células bacterianas usando un microscopio de fuerza atómica (AFM) adaptado. «Estas fluctuaciones son inherentes a la vida, pero hasta ahora no habíamos podido medirlas directamente en tiempo real», explicó Roukes en un comunicado.
La técnica, detallada en la revista Nature, supera limitaciones de métodos previos al combinar el AFM con algoritmos de procesamiento de imágenes de alta velocidad. Según los autores, esto permite detectar cambios en la conformación de proteínas con una precisión de nanómetros y en escalas de tiempo de milisegundos, algo imposible con microscopios ópticos tradicionales.
¿Por qué es importante estudiar las fluctuaciones estocásticas en células?
Las fluctuaciones estocásticas —variaciones aleatorias en la actividad molecular— son clave para entender fenómenos como la señalización celular o la regulación génica, procesos donde el azar juega un papel fundamental. «En enfermedades como el cáncer, estas fluctuaciones pueden alterar el comportamiento de las células de manera crítica», señaló el coautor James Heath, también de Caltech.
Hasta ahora, los científicos inferían estas fluctuaciones a través de modelos matemáticos o mediciones indirectas. La nueva técnica, en cambio, ofrece datos experimentales directos, lo que podría acelerar el desarrollo de terapias dirigidas a corregir desequilibrios moleculares en enfermedades.
¿Cómo funciona el microscopio adaptado?
El equipo de Caltech modificó un AFM tradicional —un instrumento que «toca» superficies con una punta nanométrica— para operar en condiciones de fluido, donde las células bacterianas (Escherichia coli) se mantienen vivas. La punta del microscopio registra fuerzas mínimas al interactuar con proteínas específicas, mientras un sistema de detección por interferometría láser traduce esos datos en imágenes dinámicas.
«Imagina un sismógrafo, pero en lugar de terremotos, estamos midiendo el ‘ruido’ de una proteína individual», comparó Roukes. Según los investigadores, la resolución espacial de 1.5 nanómetros —equivalente a 15,000 veces el diámetro de un átomo de hidrógeno— permite distinguir cambios conformacionales que antes eran indetectables.
¿Qué aplicaciones podría tener esta tecnología?
Los autores destacan tres áreas con potencial inmediato:
- Medicina personalizada: Identificar patrones de fluctuaciones en células tumorales para diseñar fármacos que exploten su variabilidad inherente.
- Biología sintética: Crear organismos con fluctuaciones controladas para optimizar procesos industriales, como la producción de biocombustibles.
- Neurociencia: Estudiar cómo el ruido molecular afecta la transmisión de señales en sinapsis, un campo donde las técnicas actuales tienen limitaciones.
El profesor Douglas Reinhart, experto en biofísica de la Universidad de Pensilvania, calificó el avance como «un hito en la observación de sistemas biológicos». «Por primera vez, tenemos una ventana a la física subyacente de lo que hace única a la vida», añadió en declaraciones a Nature.
El estudio fue financiado parcialmente por la National Science Foundation (NSF) y el Instituto Nacional de Salud de EE.UU. (NIH), con proyecciones de que la técnica se adapte pronto a células eucariotas —como las humanas— en los próximos 2 a 3 años.
