Fotografian un haz de siete moléculas de ADN suspendido entre dos micropivotes

Dibujo20121201 Direct Imaging of DNA Fibers

Esta fotografía obtenida con un microscopio electrónico de transmisión (TEM) muestra una fibra formada por un haz de siete moléculas de ADN en una configuración 1+6, un ADN central rodeado de 6 ADN en una distribución hexagonal; todos tienen la configuración ds ADN lineal (ds λ-DNA config. A). Para lograr esta fotografía electrónica han suspendido el haz de moléculas de ADN entre dos micropivotes de silicio y han hecho un agujero entre ellos por el que ha penetrado el haz de electrones del microscopio. Todo un alarde técnico para una foto que dejará frío a muchos, acostumbrados a ver reconstrucciones 3D de la molécula de ADN átomo a átomo. En esta fotografía la molécula de ADN se intuye (no me atrevo a decir que se ve) en los lugares donde apuntan las flechitas rojas, colocadas para ilustrar la periodicidad del enrollamiento de una de las moléculas de ADN; las flechitas rojas están separadas por 2,7 ± 0,2 nm, cada molécula de ADN enrollada tiene un diámetro de unos 8 nm y el haz 1+6 moléculas de ADN tiene unos 19 nm. El artículo técnico es Francesco Gentile et al., “Direct Imaging of DNA Fibers: The Visage of Double Helix,” Nano Letters, ASAP Nov. 22, 2012.

Dibujo20121201 overview DNA bundles hanging on top of pillars and its zoom-in tilted view and top view

Fotografiar una molécula de ADN con un microscopio requiere que su resolución espacial sea del orden de la escala atómica; el microscopio electrónico de transmisión cumple con esta condición, pero no está libre de problemas. Por un lado, la molécula de ADN se ha de apoyar en un sustrato que altera su forma. Por otro lado, la molécula sufre daños debido al haz de electrones de alta energía que incide sobre ella. Como resultado, lo que se obtiene es una fotografía ruidosa de una molécula de ADN dañada (fotografías de ejemplo en Google). Lo ideal sería colocar la molécula de ADN suspendida entre dos pilares en un sustrato con un agujero en medio que permita ajustar el microscopio electrónico para que sea poco “dañino.” Todavía nadie ha logrado hacerlo con una sola molécula de ADN, pero el nuevo artículo en Nano Letters lo ha logrado con haces (fibras) de pocas moléculas de ADN. Se han utilizado dos configuraciones, la 1+6 mostrada en la figura que abre esta entrada y la 1+6+12 (ver información suplementaria del artículo). La fotografía se ha obtenido con electrones acelerados a 100 keV y una corriente de unos pocos pA (picoamperios); los electrones han incidido sobre el haz de moléculas a través de un pequeño agujero realizado entre los pivotes que lo sujetan.

Quizás no sepas que las primeras imágenes de la molécula de ADN obtenidas por Franklin, Wilkins y Gosling mediante difracción de rayos X se obtuvieron utilizando un procedimiento similar, pero con haces de moléculas de ADN que formaban fibras con un diámetro de decenas de micrómetros, en lugar de las decenas de nanómetros del nuevo experimento. Con los avances actuales en la nanotecnología podemos imaginar que en un futuro no muy lejano se logre fotografiar una sola molécula de ADN colocada entre dos pivotes; pero antes habrá que reducir la energía del haz de electrones, para minimizar el daño que sufre la molécula. También podría mejorarse la resolución hasta alcanzar el nivel de un solo nucleótido. Mientras tanto los autores del estudio tratarán de fotografiar la interacción de diferentes macromoléculas con las moléculas de ADN, algo difícil con las técnicas de microscopia electrónica convencionales (sobre un sustrato plano).

Para acabar, me gustaría destacar que algunos medios se han hecho eco de esta noticia afirmando que se ha logrado fotografiar una sola molécula de ADN por primera vez en la historia, lo que es obviamente falso. No señalaré a nadie con el dedo… pero los titulares sensacionalistas están por doquier y son fáciles de localizar.

9 Comentarios

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Miguel SaturnoMiguel Saturno

Por favor, ¿Cuál sería la distancia equivalente de esta foto lograda referida a un objeto que se fotografiase en el espacio exterior?

emulenewsemulenews

No entiendo tu pregunta Miguel. En esta foto se ve un diámetro de 20 nm (nanométros, 10-9 metros). ¿Qué es “exterior” en el “espacio exterior”? 1/(20 nm) son 50.000 Km, muy poquito (un tercio de la distancia de la Tierra a la Luna). No sé si esto es lo que te interesaba saber.

Miguel SaturnoMiguel Saturno

Posiblemente sí sea la respuesta; o quizás no sé formular la pregunta. Hacia lo ínfimo las distancias tienden a ser cada vez más inimaginablemente pequeñas; hacia lo macro tienden a ser cada vez más incomprensiblemente grandes, por decir algo. La pregunta sería si existe una manera de establecer una relación proporcional entre lo que representa una medición hacia lo ínfimo, en este caso 10^-9, con una medición hacia lo macro. ¿Equiivaldría, como Ud. dice, a 50.000 Km?
¿Es posible establecer, por ejemplo, una proporción entre la fuerza requerida para mantener unida esas moléculas, y los átomos involucrados, con la fuerza de gravedad que actúa en un determinado campo gravitatorio? ¿A cuánto equivaldría esa fuerza y masa involucrada en términos de gravedad y de masa cohesionada? ¿El cuerpo de una persona u otro objeto sujeto a la acción de un campo de gravedad se mantiene unido en virtud a cuál fuerza? ¿Qué mantiene los límites de ese cuerpo dentro de la acción del campo de gravedad en el que se haya?
Disculpe las tantas preguntas. Gracias.

emulenewsemulenews

Miguel, te pongo otro ejemplo. Un nanómetro respecto a un metro es lo mismo que un milímetro respecto al diámetro de España (mil kilómetro más o menos). Lo que no sé si esto ayuda o no a entender de qué distancia estamos hablando.

“¿Es posible establecer, por ejemplo, una proporción entre la fuerza requerida para mantener unida esas moléculas, y los átomos involucrados, con la fuerza de gravedad que actúa en un determinado campo gravitatorio?” La fuerza gravitatoria es tan débil, y depende de la masa y la distancia entre masas, por lo que la comparación no tiene ningún sentido. La fuerza (electrogmética) que une los átomos en los moléculas del orden de 1 eV = 10-19 J, si quieres elige dos masas a tu gusto y calcula la distancia y entre ellas para obtener dicha energía (quizás te sorprenda).

“¿A cuánto equivaldría esa fuerza y masa involucrada en términos de gravedad y de masa cohesionada?” Te refieres a usar E=mc2 para calcular la masa equivalente a dicha energía. No te ayudará nada saberlo, pero bueno: 1 eV/c² = 1,783 × 10-36 kg.

“¿El cuerpo de una persona u otro objeto sujeto a la acción de un campo de gravedad se mantiene unido en virtud a cuál fuerza? ¿Qué mantiene los límites de ese cuerpo dentro de la acción del campo de gravedad en el que se haya?” El cuerpo humano está formado por moléculas unidas entre sí por campos electromagnéticos con energías del orden de 1 eV. Lo que nos mantiene “rígidos” en contra de la gravedad son nuestros huesos. El electromagnetismo entre dos átomos es una fuerza del orden de 1040 veces mayor que la fuerza gravitatoria entre ellos. La gravedad es una interacción realmente muy débil (la más débil que conocemos).

Espero haber satisfecho tu curiosidad.

Miguel SaturnoMiguel Saturno

Muchas gracias Francis, agradezco su explicación y paciencia. Trataré de entender.

Aún dos cosas, una seria para mí y la otra no tanto pero válida:

1- Es asombroso entrever como fuerzas aparentemente ciegas que actúan cohesionando átomos y moléculas ordenen estructuras concretas como “un todo cósmico” en el que emerge al final de una línea evolutiva -que sigue siendo sostenida por esas fuerzas que atan y vinculan átomos y moléculas- esto que llamamos conciencia, sin la cual el universo aunque existente sería una pura nada.

2- ¿Usted no duerme? Porque me encuentro en Venezuela y por el cambio horario su respuesta llegó avanzada la madrugada en su país.

Gracias.

emulenewsemulenews

Miguel, (1) todavía no entendemos cómo emerge el fenómeno de la conciencia; y (2) duermo poco.

Fer137Fer137

“Las flechitas rojas están separadas por 2,7 nm” en mi monitor se ven separadas unos 5 mm, por tanto es una ampliación de unos 2.000.000 de veces.
Ahora tendrias que buscar algo en el espacio cuya imagen esté ampliada 2 millones de veces respecto a lo que se “ve” a simple vista. Dependerá de tamaño y distancia.
Se me ha puesto el internet lento. Calcula por ejemplo el tamaño de algún objeto en la Luna (o en una galaxia lejana) ampliado 2 millones de veces sabiendo su diametro real en Km (o años luz) y su tamaño angular.

Fer137Fer137

Por ejemplo si amplias la Luna 2 millones de veces verias un objeto de 1.7 metros en su superficie con el mismo tamaño angular que ves la Luna.

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