Mención - Ciencias Exactas, Físicas y Naturales 2016
Desarrollo de una técnica de microscopia de súper-resolución para la detección cuantitativa de múltiples moléculas por medio de la transición autónoma y programable de una sonda de ácido nucleico.

Autor: Maier Avendaño Amado, joven microbiólogo, haciendo su posdoctorado en en la escuela de Medicina en Harvard, Estados Unidos.

Esta investigación en técnicas y tecnologías aplicadas, desarrolla una aproximación novedosa para obtener imágenes de alta resolución, cuantitativas y en multiplex utilizando sondas programables de DNA.

Esta investigación permitiría estudiar simultáneamente todos los componentes de complejos moleculares y generar información para reducir la brecha entre la biología estructural y celular, y mejorar en gran medida la comprensión de la maquinaria celular.

Pintando vida con DNA

Por casi 80 años la microscopia de fluorescencia ha facilitado enormemente nuestro entendimiento de cómo las células funcionan. La combinación de marcaje molecular específico y las capacidades de realizar imágenes de células vivas han convertido a la microscopia de fluorescencia en la modalidad más popular de microscopia en biología y en biomedicina. Sin embargo las aplicaciones de esta técnica en muchas áreas permanecen aún prohibidas ya que sólo es posible visualizar objetos los cuales están a distancias mayores de 200 nanómetros, fenómeno denominado límite de difracción. Esta resolución es aproximadamente el tamaño de un orgánulo intracelular, por tanto no es posible distinguir muchas otras biomoléculas cuyo tamaño está por debajo de este límite.

Un truco que permite sobrepasar este límite el cual fue galardonado recientemente con el premio Nobel de Química, es la activación espacio-temporal de forma aleatoria de las moléculas. Por ejemplo, si activo dos moléculas simultáneamente que están más cercanas que el límite de difracción (~200nm) observaré sólo una señal. Sin embargo, si activo primero una y localizo su posición por medio de un ajuste matemático, luego la desactivo y posteriormente  activo la molécula adyacente y localizo su posición, y repito el proceso varias veces, es posible reconstruir una imagen por medio de las localizaciones individuales y sobrepasar de esta forma el límite de difracción.

¿Cómo lograr esta transición entre activado/desactivado? Con mi grupo de investigación desarrollamos una técnica que permite lograr dicha transición usando moléculas de ADN marcadas con un fluoróforo en solución las cuales se unen de forma intermitente a secuencias complementarias, técnica denominada DNA-PAINT. Con esta técnica por tanto hemos demostrado distinguir detalles en estructuras sintéticas de ADN y en células que no son posibles por medio de microscopía de fluorescencia estándar. De la misma forma podemos obtener información en 3D por debajo del límite de difracción, ~70nm y extendimos esta técnica para visualizar y cuantificar múltiples moléculas en células y tejidos.

Por tanto nuestra tecnología es una plataforma ideal para obtener imágenes a nanoescala, sobrepasando tres principales barreras de las técnicas actuales: (1) “visión borrosa”: Hemos demostrado que es posible llegar a discernir moléculas separadas por 5 nanómetros. 2) limitación en el número de tipos de objetos que pueden visualizarse: técnicas actuales limitadas a observar 3 colores. Nosotros demostramos 10 usando sólo un fluoróforo. 3) Cuantificación ambigua: Es difícil obtener información cuantitativa del número de moléculas. Hemos demostrado obtener precisión en cuantificación mayor al 95%.

El impacto de esta nueva tecnología por tanto transformara drásticamente los enfoques experimentales existentes para estudiar sistemas biológicos a escala molecular, y actualmente la estamos aplicando en muchos campos de la ciencias biológicas y las ciencias médicas, por ejemplo en el estudio de ciertos tipos de cáncer y de enfermedades neurodegenerativas.

 



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