Nanopartículas radiantes + bacteria brillantes = imágenes bonitos y útiles

Escrito en inglés por Christy Haynes
Traducido por Scott Miller

Un tipo principal de producción de los laboratorios universitarios de investigación es la publicación de resultados científicos en revistas científicas. Cuando escribimos estos artículos, nuestro público meta no es el público en general, sino los expertos en nuestro ámbito para contarles lo que hemos logrado para que puedan construir sobre nuestro trabajo en sus propias investigaciones. A menudo, estos artículos de revistas científicas son una medida del éxito de un profesor universitario o un estudiante de postgrado – monitorizan cuántos artículos que han publicado y el número de personas que han citado sus artículos en trabajos en marcha. Sin embargo, de la perspectiva del público en general, los artículos de revistas científicas pueden ser difíciles a leer y digerir. Dicho esto, son cruciales para mantener el progreso de la iniciativa científica. Si todos no compartieran sus resultados experimentales, se despilfarraría mucho tiempo y dinero a medida que muchos laboratorios llevarían a cabo los mismos experimentos sin darse cuenta.

Dos científicas de nuestro centro

Dos científicas de nuestro centro usan un microscopio en el Laboratorio Nacional del Noroeste Pacífico (Pacific Northwest National Laboratory).

En esta entrada de blog, voy a describir trabajos recientes y las razones por las cuales son importantes con la esperanza de hacer relevante al público en general un artículo reciente del Centro de Nanotecnología Sostenible. Últimamente, algunos investigadores de nuestro centro publicaron un artículo con el título, “Método fácil para manchar la superficie celular de bacteria para la microscopía de súper resolución por fluorescencia” en una revista que se llama Analyst. Por sí solo, el título puede ser intimidatorio. Sin embargo, en palabras simples, este artículo describe una manera más clara que usar los típicos microscopios ópticos en que algunos investigadores de nuestro centro han conseguido visualizar las células bacterianas.

El estudiante postgrado que dirijo esta investigación, Ian, descubrió una manera de poner una molécula fluorescente (radiante) exclusivamente en la superficie de las células bacterianas. Esta molécula fluorescente hace un enlace a un grupo funcional químico que se llama una amina primaria, una especie molecular que se puede encontrar en las membranas bacterianas y en las membranas de las células de los mamíferos también. Una propiedad de esta molécula fluorescente es que parpadea rápidamente. Esta luz intermitente es crucial para captar imágenes muy detalladas.

En la ciencia del escaneo molecular, es importante poder ver la diferencia entre dos objetos cercanos. Esto se llama “resolución espacial.” Este método logró resolución espacial excelente por aprovechar la luz intermitente de las moléculas fluorescentes en la superficie de la membrana bacteriana. Mientras las moléculas están parpadeando, es posible determinar matemáticamente la ubicación central de cada sitio parpadeante. Ian describió este método en más detalle en otro blog. En comparación, un microscopio óptico tradicional permite que una persona pueda distinguir objetos tan pequeños como 250 nanómetros de tamaño. En este manuscrito científico, reportamos la capacidad de distinguir objetos tan pequeños como 30 nanómetros, casi 10 veces más pequeños.

Esta resolución espacial mejorada significa que es posible distinguir entre las paredes celulares y el interior de las células de bacteria, por ejemplo. ¡Esto es crucialmente importante! Claro, en el Centro de Nanotecnología Sostenible, nos interesa cómo las nanopartículas interactúan con organismos biológicos para que entendamos cómo sintetizar nanomateriales útiles y seguros. Entonces, ahora que Ian había mostrado que teníamos una manera poderosísima para visualizar la bacteria, tenía que añadir las nanopartículas. En este caso, elijo una nanopartícula que brilla un color diferente que el color de la molécula en la superficie de la bacteria. El tipo de nanopartícula que Ian escogió se llama un punto cuántico. Debido a sus propiedades fluorescentes fuertes, los puntos cuánticos se usan actualmente en las pantallas ultra-brillantes de televisores y los teléfonos celulares. Ian permitió se interactuaran los puntos cuánticos y la bacteria. Entonces, él captó imágenes utilizando un microscopio poderoso ubicado en el Laboratorio Nacional del Noroeste Pacífico en el estado de Washington. Estas imágenes mostraron que, en algunos casos, los puntos cuánticos se pegaban a a las membranas de la bacteria.

Usando las técnicas anteriores, habría sido casi imposible entender más que esto. Sin embargo, con esta nueva técnica, pudimos descubrir que las nanopartículas no penetran la membrana bacteriana, sino que se quedan al exterior de la célula. Sin esta imagen especializada de resolución espacial alta, no habría sido posible saber si las nanopartículas cerca de la bacteria estaban al interior o al exterior de la bacteria, una diferencia crucial al considerar cómo las nanopartículas podrían afectar las células bacterianas. Las imágenes bonitas (pues, en la opinión de los científicos) nos permitieron proponer nuevas hipótesis sobre cuáles componentes moleculares serían los más importantes en determinar cualquier interacciones entre la bacteria y las nanopartículas. Tendremos más sobre estas hipótesis en una entrada futura.

Imágenes de microscopía de bacteria y nanopartículas.

Imágenes de microscopía de bacteria y nanopartículas. Imagen adaptada de este artículo con permiso de la Real Sociedad de Química.

Forzar los límites de estos métodos ópticos nos llevó a un entendimiento mejor de cómo las nanopartículas interactúan con un componente del ecosistema y nos ayudó a hallar las próximas preguntas científicas. Por publicar este trabajo en una revista científica, también les hemos informado a otros científicos cómo pueden captar las imágenes de resolución alta de bacteria para los estudios con nanopartículas o para otros con propósitos completamente diferentes.

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