Unas pinzas ópticas desvelan las fuerzas de torsión en las moléculas de la vida

Si bien medir el par motor de un coche, la fuerza que ejerce un motor en las ruedas, es relativamente sencillo, no lo es tanto medir el par motor de cosas tan pequeñas como las moléculas que hacen que la célula se divida o los flagelos, órganos de locomoción de las bacterias. Giovanni Volpe y Dmitri Petrov, investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), han ideado una nueva técnica para detectar momentos de torsión a escala molecular, trabajo que se ha publicado en la revista Physical Review Letters.

Aunque la mayoría de las moléculas de la vida, como las proteínas que procesan el ADN, hacen movimientos giratorios, hasta ahora los científicos sólo habían conseguido medir el movimiento dinámico de torsión en muy pocas ocasiones. El problema es que estas moléculas están bajo el efecto de la sacudida aleatoria de las moléculas de agua, que las hacen moverse al azar -el llamado movimiento browniano- y que, a menudo, dificulta la detección de la rotación. Para superar esta dificultad, la nueva técnica de los investigadores Volpe y Petrov que permite medir el momento dinámico de torsión utiliza métodos estadísticos similares a los que se usan para la medición de la fuerza lineal. Comparado con otras mediciones, este método consigue una sensibilidad del momento de torsión 10 veces mayor que la que se había logrado medir hasta el momento, asegura Volpe.

Los científicos usan el equivalente al rayo de 'Star Trek', que mueve cosas por el espacio

¿Qué han hecho? Utilizar el equivalente al rayo transportador de la serie de ficción Star Trek, que mueve cosas por el espacio sin tocarlas, pero a nivel microscópico. La nueva técnica se basa en el empleo de pinzas ópticas; es decir, un haz de luz de un láser, para atrapar una partícula en un punto determinado. Las pinzas ópticas son un dispositivo medidor de fuerza y un manipulador, que permite mover en el espacio una muestra y aplicarle fuerza. Si se ejerce una fuerza sobre esta partícula, ésta hace que se mueva ligeramente. Anteriormente, ya había la posibilidad de medir la fuerza, a partir del movimiento de la partícula dentro de la trampa óptica, y se hacía contando las rotaciones por minuto mediante grabaciones de vídeo. En la investigación de Volpe y Petrov, el momento de torsión que se produce sobre la partícula hace que ésta no se mueva desde el centro, sino que se pone a girar en el centro y no hay ningún instrumento para medirlo. Con este nuevo método, se consigue medir tanto la fuerza que se hace sobre la partícula como el momento de torsión.

A diferencia de la vida ordinaria, donde medir esta rotación sería muy sencillo, cuando se tiene que hacer a nivel molecular, la medida se complica porque no sólo hay este movimiento rotatorio, sino que también interviene el efecto browniano, que mueve la partícula en todas direcciones al azar. La técnica desarrollada por los investigadores del ICFO representa un importante paso adelante en este campo de investigación, ya que permite reconstruir el movimiento rotatorio de la molécula, utilizando en el análisis de los datos el movimiento browniano.

¿Qué aplicaciones puede tener el método propuesto por el ICFO? "Esta nueva técnica es un instrumento que puede servir para cualquier aplicación en el micromundo. En estudios biomoleculares del ámbito de la biofísica, por ejemplo, cuando un virus infecta una célula. En este proceso intervienen fuerzas y movimientos rotacionales y es interesante conocer los momentos de torsión que se producen porque, a lo mejor, se podría encontrar una situación en la que el virus reduzca la fuerza de inyección y evitar la infección", explica Volpe. Philip Nelson (Universidad de Pensilvania) comenta en la revista que es un trabajo emocionante porque las técnicas de visión que miden el esfuerzo de torsión actualmente no son lo bastante sensibles: "Ahora tenemos que verlo a través de los ojos de la estadística".