Y el Nobel 2014 de Química va para…



Cuando el entrevistador le pregunta “Se considera usted un químico, un físico o ¿qué?”, Eric Betzig contesta con una sincera risa que en apariencia es de sorna, pero que refleja la aparente contradicción de que el Nobel de Química de este año se haya otorgado a una tecnología basada en principios físicos y que sobre todo es usada para observar material biológico. “En la preparatoria y la universidad, la química siempre fue mi materia menos fuerte”, agrega Betzig, conforme continúa la entrevista que se lleva a cabo sólo un par de horas después de que el investigador recibiera la noticia. Luego, se pone a contar cómo al principio de su carrera como físico miraba con desdén a los químicos, pero después llegó a pedirles de rodillas que le proporcionaran mejores materiales para su investigación en la microscopía de super-resolución. “Es justicia poética, pero me alegra recibir [el premio] de donde venga”, aclara.



El Nobel de Química de este año fue otorgado a tres científicos que desarrollaron la “microscopía de fluorescencia de super-resolución”. Bertzig, de 54 años, junto con Stefan W. Hell, de 52, y William E. Moemer, de 61, recibieron hoy el aviso del comité del Nobel y sus reacciones fueron variadas. Moemer, estadounidense y actualmente adscrito a la Universidad de Stanford, sintió que su corazón se aceleraba, mientras las dudas se agolpaban en su cabeza, y se puso a decidir si continuaba con su plan para ese día o lo ajustaba por las emocionantes noticias. Por su parte, Hell, investigador de origen rumano y que actualmente trabaja en el Instituto Max Planck en Alemania, se encontraba leyendo un artículo de investigación y, después de escuchar la noticia, colgó el teléfono y terminó de leer el párrafo que había dejado a medias; sólo entonces se dio el tiempo para emocionarse y llamarle a su esposa. “Esa es auténtica dedicación; supongo que es lo que lo hace exitoso”, le dice a Hell el mismo entrevistador que cuestionó a Betzig sobre su origen profesional; y luego le pregunta al científico alemán qué es lo que le dio el coraje para tratar de romper el conocimiento tradicional sobre la barrera de difracción en la microscopía óptica. Después de pensar un segundo, Hell responde que durante el siglo XX pasaron tantas cosas en la física que le parecía que debía haber un fenómeno físico-químico que le permitiera romper esa barrera de difracción que se calculó a finales de los años 70… del siglo XIX.



En 1873, trabajando en la famosa compañía fabricante de telescopios Carl Zeiss, el microscopista Ernst Abbe publicó el trabajo que sería el desafío que Betzig, Hell y Moerner se empeñarían en superar más de 100 años después. Abbe calculó que, puesto que un microscopio óptico funciona con luz, el nivel de detalle al cual puede llegar ese aparato está limitado por la longitud de onda de la luz visible. Es decir, no se podrían observar cosas menores a 0.2 micrómetros, como virus, proteínas, ADN, fibras en la célula u otras moléculas biológicas de interés. Si bien la microscopía electrónica, y luego otras tecnologías, pudieron superar esa barrera, la observación con esos microscopios tiene que hacerse en condiciones muy particulares, que normalmente implican modificar la muestra observada; en el caso de organismos vivos implica modificarlos tanto que dejan de estar vivos.



En 1993, Stefan Hell llegó a una idea de cómo superar ese límite, usando el principio de la fluorescencia, según el cual una molécula de ciertas características brilla cuando es iluminada por un haz de luz de cierta longitud de onda. Por el funcionamiento físico-químico de la fluorescencia, Hell razonó que podría iluminar con un láser una molécula fluorescente y, manipulando la liberación de los electrones que causan la emisión de luz, cancelar el brillo de todo lo que estuviera alrededor. Pasando el láser por toda la muestra y registrando el brillo de cada punto fluorescente al tiempo que cancela los alrededores, se puede llegar a una resolución mayor que la que el límite de Abbe prohíbe.



Por su parte, Moerner se centró en el problema de cómo iluminar adecuadamente a una molécula fluorescente de manera que se pueda encender a voluntad. En 1997, publicó los resultados de sus investigaciones, que lo llevaron a encontrar la longitud de onda adecuada para hacer brillar a una sola molécula fluorescente y no a otras a su alrededor. Es una solución paralela a la que Hell encontró, pero que también permitió hacer observaciones que superaran el límite de Abbe.



Inspirado por el trabajo de Moerner y otros colegas del mismo campo, Eric Betzig volvió a la investigación científica tras haberla abandonado diez años atrás. En 1995, publicó uno de sus últimos trabajos científicos en la revista Optics Letter, en el cual proponía que el límite de Abbe se podría superar si se usaban moléculas fluorescentes de diferentes colores colocadas a más de 0.2 micrómetros de distancia, que se registraran en diferentes momentos en el microscopio, y que después se unieran en una misma imagen. La oportunidad de poner su idea en práctica vendría en 2005, cuando se unió a un grupo de investigadores que trabajaban en el mismo campo en el Instituto Howard Hughes en los Estados Unidos. En conjunto, él y sus colegas desarrollaron una tecnología ligeramente diferente a la que propusiera diez años antes. En lugar de usar moléculas fluorescentes de diferentes colores, iluminarían moléculas en diferentes momentos. El equipo usó un haz de luz tan débil que sólo hacía brillar una fracción de las moléculas fluorescentes en una muestra. Cuando ese haz se volvía a apuntar al mismo sitio, era otra fracción de moléculas las que fluorescían. Alumbrada por alumbrada, la muestra agotaba toda su fluorescencia, pero cada brillo fue registrado por el equipo y luego combinado en una sola imagen, que tenía una resolución mayor a la del límite de Abbe.



Con las técnicas de biología molecular actuales, se pueden insertar moléculas fluorescentes en los organismos y, gracias a la técnicas de Hell, Betzig y Moerner, incluso se pueden tomar videos de estructuras vivitas y coleando más pequeñas que las que permiten los microscopios ópticos tradicionales. Fibras de células, embriones en desarrollo e incluso los componentes finos de las membranas celulares ya no están vedados a la microscopía. El trabajo de estos tres investigadores nos ha permitido asomarnos a las estructuras biológicas a un nivel tan fino que, según reporta el comité del Nobel, “teóricamente ya no hay estructura tan pequeña que no se pueda observar”. Siendo así, ni siquiera es preciso llamarla microscopía. Ahora lleva el nombre de nanoscopía y sigue siendo usada, en manos de sus desarrolladores y muchos otros científicos alrededor del mundo, para estudiar los entresijos de la vida, el hilado fino. Con una herramienta de tal poder, basada en principios físicos de reacciones químicas descubiertas en estructuras biológicas, y que puede usase en múltiples campos, ¿realmente importa qué nombre lleve el premio?

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[En la imagen vemos, de izquierda a derecha, a Betzig, Hell y Moerner. Tomada de este sitio: http://www.theguardian.com/science/live/2014/oct/08/nobel-prize-chemistry-2014-announcement-live ]



Aquí el informe de prensa del Nobel: www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2014/press.html



Aquí el documento en el que la academia sueca explica las investigaciones de Betzig, Hell y Moerner, y que usamos como fuente (en pdf y en inglés): www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2014/popular-chemistryprize2014.pdf



Aquí la entrevista con Betzig, por la oficina de prensa de la academia sueca: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2014/betzig-telephone.html



Aquí con Hell: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2014/hell-telephone.html



Y aquí con Moerner: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2014/moerner-telephone.html



Aquí una imágenes de la técnica de microscopía de Hell, llamada de agotamiento por emisión estimulada o STED por sus siglas en inglés: http://www.pnas.org/content/110/22/8936/F1.large.jpg



Aquí videos tomados por Betzig y su grupo de investigación, de un cerebro vivo de un pez cebra, tomadas con técnicas basadas en aquella por la que gana el Nobel: http://www.nature.com/nmeth/journal/v11/n6/fig_tab/nmeth.2925_SV1.html



Aquí la cobertura de El País: http://elpais.com/elpais/2014/10/08/ciencia/1412762467_990042.html