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| Impresión artística de la trampa electro-osmótica de nanoporos (NEOtrap), un nuevo método para analizar moléculas individuales. Una nanoesfera de ADN recubre un nanoagujero sólido, lo que permite atrapar moléculas individuales de proteínas no modificadas, lo que permite realizar análisis sensibles a la conformación durante una hora. Crédito: Cees Dekker Lab / SciXel |
Investigadores de las universidades técnicas de Delft y Múnich han inventado un nuevo tipo de trampa molecular que puede retener una sola proteína durante horas para estudiar su comportamiento natural, un millón de veces más que antes. La nueva técnica NEOtrap permite a los científicos utilizar las corrientes eléctricas para estudiar la naturaleza vibrante de las proteínas, lo que podría impulsar la innovación en biomedicina, biotecnología y otros campos.
Aunque las proteínas son cruciales para la vida -por ejemplo, porque nos proporcionan la visión y las conexiones neuronales para leer este texto-, todavía no se conoce bien su forma. Como se publicó el lunes 30 de agosto en Nature Nanotechnology, un equipo dirigido por Cees Dekker, de la Universidad Tecnológica de Delft, desarrolló una nueva técnica, denominada trampa electro-osmótica de nanoporos (NEOtrap), para estudiar moléculas de proteínas individuales durante mucho más tiempo del que era posible hasta ahora. La NEOtrap permite a los investigadores medir cómo las proteínas individuales cambian de forma con el tiempo
Como un corcho en una botella
La NEOtrap combina dos nanotecnologías: los nanoporos de estado sólido y el origami de ADN. Los nanoporos son pequeños agujeros que los científicos utilizan como sensores de moléculas individuales, como las proteínas. Como las proteínas suelen atravesar el pequeño orificio en microsegundos, sólo pueden ser registradas brevemente. Al sellar el nanoagujero con una bola a nanoescala construida íntegramente con ADN (¡!), los investigadores pueden bloquear la proteína durante horas, de forma parecida a como un corcho sella una botella de vino. Hendrik Dietz y su grupo de la Universidad Técnica de Múnich construyeron esta nanoesfera con un método llamado "origami de ADN", una técnica que imita el plegado del origami a macroescala, utilizando hebras de ADN a nanoescala en lugar de papel.
La autora principal del artículo, Sonja Schmid, que desarrolló la NEOtrap como postdoc en el laboratorio de Dekker, explica: "Esta nanobola de ADN actúa como una esponja que succiona agua a través del nanoporo, atrayendo una sola proteína al nanoporo y atrapándola allí. Esto significa que podemos estudiar esa proteína durante periodos de tiempo muy largos. En este trabajo ya demostramos que podemos distinguir entre diferentes tipos de proteínas, e incluso diferentes formas funcionales de una misma proteína".
Avance radical en el campo
Cees Dekker añade: "Esta nueva técnica es realmente un gran paso adelante: un revisor anónimo de nuestro trabajo la calificó como "uno de los avances más radicales en el campo de la detección por nanoporos". En particular, la NEOtrap nos permite atrapar una sola proteína nativa sin necesidad de modificar la molécula de interés, a diferencia de las técnicas anteriores. Esta técnica puede, por ejemplo, ayudar a los investigadores a descubrir el mecanismo subyacente de las enzimas y otras proteínas importantes que cambian su forma para facilitar las reacciones químicas".
La NEOtrap permite a los científicos de todo el mundo llevar a cabo experimentos totalmente nuevos, con el potencial de revelar características funcionales de las proteínas que antes se pasaban por alto y, por tanto, impulsar la innovación en biomedicina y biotecnología, entre otras cosas. Schmid (que ahora ha creado su propio laboratorio en Wageningen) y Dekker tienen previsto realizar muchos estudios de seguimiento de la dinámica de las proteínas individuales en los próximos años.
Fuentes, créditos y referencias:
Sonja Schmid et al, Nanopore electro-osmotic trap for the label-free study of single proteins and their conformations, Nature Nanotechnology (2021). DOI: 10.1038/s41565-021-00958-5