Sumario: Descubrir una simple biomolécula en un desolado paisaje marciano puede parecer imposible. Pero aún una pequeña traza de los bloques constructores de la vida, las enzimas del RNA o ribozimas, puede ser analizada en pequeñas cantidades imposibles de ver o de manejarse sin técnicas especiales que las hacen brillar bajo la luz fluorescente.





Basado en un reporte de U. Mich

Estudiando enzimas RNA. La gráfica del frente muestra como la actividad catalítica de la enzima está relacionada a los niveles en los cuales la molécula se dobla y desdobla. Estos niveles fueron medidos por microscopia fluorescente de molécula sencilla, en donde las moléculas individuales se iluminan como puntos brillantes mostrados en la parte posterior. También se muestra, arriba a la derecha, un esquema representativo de la estructura de la enzima doblada de RNA. Crédito: Walter/Mich.

La investigación encaminada hacia la separación del funcionamiento de las enzimas del RNA puede conducirnos, eventualmente, a formas de monitoreo del metabolismo de las grasas y puede ayudarnos en la búsqueda de señales de vida en Marte, de acuerdo con el investigador Nils Walter de la Universidad de Michigan.

Su ultimo trabajo fue publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences del 24 de Junio.

Walter y sus asociados en la U-M y el colega Xiaowei Zhuang y asociados en la Universidad de Harvard, usan técnicas que les permiten estudiar moléculas simples de enzimas RNA, también conocidas como ribozimas. Al igual que las más familiares enzimas de las proteínas, las enzimas de RNA aceleran las reacciones químicas dentro de las células. Los investigadores quieren aprender como afectan a su actividad los cambios en las moléculas de ribozimas, tanto para entender mejor como ha afectado la evolución a las ribozimas en cuanto a llevar a cabo sus deberes, como para encontrar maneras de manipularlas con fines de provecho.

En las investigaciones recientes, el grupo de Walter combinó una técnica denominada transferencia de energía de molécula simple por resonancia fluorescente (FRET) con simulaciones matemáticas para estudiar una ribozima involucrada en la replicación del virus que infecta al tabaco. Solo como una enzima proteica no es una estructura estática, una ribozima también cambia de forma, reciclando adelante y hacia atrás entre su forma compacta, catalíticamente activa y su forma extendida que es inactiva. La técnica FRET de molécula simple permitió a los investigadores observar directamente y medir, qué tan rápido cambia de formas la ribozima y como cambian estos niveles cuando varias partes de la molécula son alteradas.

Al agregar las simulaciones matemáticas, los investigadores pudieron igualmente investigar en que forma afectan las partes cambiantes de la ribozima su habilidad para catalizar las reacciones químicas. Quedaron sorprendidos de encontrar que las modificaciones que ellos hicieron en cualquier parte de la molécula – aún lejos de la parte donde ocurre la reacción química – afectaron la velocidad de catalización.

Esto es muy parecido a lo que se sabe que sucede en las enzimas de proteínas, pero hasta ahora no había evidencia de que las ribozimas se comportasen de una manera similar, dijo Walter, que es asistente de Profesor de Química en Dow Corning.

”Se ha conocido por espacio de dos años, que si se modifica algo en una enzima de proteína que uno piensa que está muy lejos del núcleo catalítico donde realmente sucede la parte química, podemos ver que la reacción química se afecta directamente”, dijo Walter. “Esto ha conducido a la idea de que existe una red de movimientos que hacen que una enzima proteínica actúe como un todo. Estamos proponiendo por vez primera que esto también sucede con las enzimas de RNA”.

Las esférulas, arándanos y otros nombramientos se han vuelto importantes para visualizar un panorama marciano. Crédito: NASA/JPL

El obtener un conocimiento de cómo trabajan las ribozimas es importante para contestar preguntas fundamentales de biología, dijo Walter, pero el trabajo también puede conducir hacia aplicaciones prácticas. En particular, Walter y los colaboradores de U-M, Robert T. Kennedy, Profesor de Química y Farmacología de Hobart H. Willard y Jens-Christian Meiners, profesor asistente de física y científico asistente de investigaciones de Biophysics Research Division, están explorando su uso como biosensores. La idea es activar una molécula de ribozima selectivamente que catalice una reacción para generar un producto que emita una señal fluorescente específica sólo cuando un tipo particular de molécula se le una.

”Cuando puedes realizar eso al nivel de una sola molécula, como podemos hacer ahora, entonces has obtenido el biosensor más pequeño posible”, dijo Walter. Semejantes sensores podrían ser diseñados para detectar hormonas importantes como la leptina, la cual está involucrada en el metabolismo de las grasas. Con semejante herramienta, “podríamos detectar como una sola célula conforma la leptina y preguntar cuanto fabrica la célula cuando el medio ambiente cambia”, dijo.

En otro proyecto, auspiciado por la NASA, los investigadores esperan desarrollar un biosensor que podría ser enviado a Marte para husmear en busca de amino ácidos y otras señales que pudieran indicarnos que alguna vez existió vida sobre el planeta.

'Estos proyectos aún se encuentran en el nivel de desarrollo”, dijo Walter. “Pero la tecnología que estamos desarrollando aquí para preguntar algunas preguntas biológicas fundamentales, acabará por ayudarnos a aprender como diseñar sensores biológicos con muchas aplicaciones potenciales”.