Visualización de moléculas en las manos

Los científicos han diseñado una forma nueva para interactuar con moléculas tan pequeñas que no pueden ser visualizadas, inclusive con los microscopios más poderosos.

La tecnología nueva combina los objetos sostenidos en la mano, con proyecciones complejas de computadora, y se llama interfases tangibles para la biología molecular estructural. Sus creadores esperan que se use tanto para investigación científica como educativa. "Queremos entender, comunicar e interactuar con estructuras complejas de forma natural. Entre más fácil sea sostener una molécula biológica en las manos, más fácil es deducir lo que hace en el cuerpo”, explicó el Prof. Art Olson, un biólogo molecular en el Instituto de Investigación Scripps (La Jolla, CA, EUA).

Mediante el uso de impresoras sofisticadas, productoras de imágenes tridimensionales (3D), que "imprimen” objetos sólidos a partir de miles de capas de plástico o yeso, el grupo puede fabricar modelos de ADN, proteínas y otras moléculas biológicas posibles. Estos modelos se pueden torcer, tocar, quitarles un pedazo, y tirarlos entre las personas. Después, usando una cámara básica de video digital para tomar y rastrear imágenes de estos objetos, los investigadores lograron diseñar un ambiente artificial en el cual la computadora hace una interfase con el objeto, en lo que se conoce como una realidad aumentada.

El modelo molecular aparece en la pantalla de la computadora, torciéndose y volteándose en tiempo real a medida que el individuo que sostiene el objeto lo manipula, y el software diseñado por el equipo de Investigación de Scripps permite que la computadora sobreponga datos científicos sobre la molécula en la pantalla.

Los científicos han creado formas novedosas para armar las piezas de una estructura, como una proteína. Han estado experimentando con la construcción de modelos híbridos como insertar imanes para juntar dos piezas de un modelo. Esto les ha permitido mostrar procesos tales como el ensamblaje viral, el doblaje en 3D de una cadena larga de aminoácidos en una proteína pequeña, y el acople entre dos proteínas.

Para demostrar el auto-ensamblaje--una causa común mediante el cual objetos pequeños como los virus se arman a partir de subunidades idénticas pequeñas en una estructura compacta, similar a un rompecabezas en 3D--los investigadores colocaron piezas de plástico que se parecen como Legos muy complicados del tamaño de una moneda, en una jarra y los agitaron. Las piezas representan moléculas de proteínas que se unen para formar una partícula viral e imanes pequeños colocados en ellos ayudan a darle forma de manera correcta. Después de varias agitaciones con fuerza, lograron ensamblar un modelo de un virión, en la jarra.

Usando el modelo de realidad aumentada de la computadora, los científicos lograron combinar objetos de la vida real con gráficos generados por la computadora, en los cuales la computadora hace una interfaz con el objeto. El Prof. Olsen lo demostró tomando un modelo de la proteína y mostrando en la pantalla de la computadora su electrostática--nubes rojas y azules que rodean al objeto que está sosteniendo que muestran interacciones favorables o desfavorables. Cuando las dos puntas de la molécula se ponen cercanas entre sí, la nube que rodea las puntas cambia de un azul encendido a un rojo intenso. A la proteína no parece "gustarle” que las dos puntas estén cerca entre sí. Correspondientemente, de acuerdo con el Prof. Olsen, interferencias sustanciales como esas podrían ser usadas para manipular modelos y predecir las interacciones moleculares.

El estudio fue publicado en la edición de Marzo 2005, de la revista "Structure”.



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Instituto de Investigación Scripps