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Observación mediante criomicroscopía electrónica del virus VIH

12 junio, 2012

Fotografía de partículas aisladas del VIH mediante criomicroscopía electrónica

La criomicroscopía es una modalidad de la microscopia electrónica de trasmisión, en la que las muestras son estudiadas después de ser congeladas a temperaturas extremadamente bajas. Normalmente las muestras se congelan en nitrógeno líquido, lo que equivale a temperaturas cercanas a –196 ºC. Esta técnica está en expansión y se emplea cada vez con mayor frecuencia en biología estructural. Su elevada resolución permite reconstruir tridimensionalmente cuerpos sólidos tales como ribosomas, virus, complejos proteínas, e incluso partículas nanotecnológicas, donde esta aplicación técnica cada vez irrumpe con más fuerza. Un resumen más detallado la podéis encontrar en el video que cierra el artículo.

Una de las ventajas de esta técnica es que permite la observación de muestras en su ambiente natural, a diferencia de los que ocurre con las estructuras generadas por cristalografía y difracción de rayos X, donde la muestra ha de ser procesada en condiciones especiales para obtener cristales estables. Sin embargo el nivel de resolución todavía no es tan elevado como el obtenido mediante cristalografía, pero sí que es tremendamente útil para dilucidar estructuras macromoleculares como pueden ser virus. Además, la cristalografía y la criomicroscopía electrónica se complementan de tal forma que se pueden resolver estructuras, tanto de forma global como finas. La técnica produce imágenes 2D, pero mediante la toma de miles de estas imágenes desde diferentes ángulos, y el uso de los programas informáticos adecuados, se puede obtener la reconstrucción de la imagen tridimensional de la muestra analizada.

Utilizando esta técnica se han estudiado varios virus, a diferentes niveles: partículas víricas completas, estructuras internas, espículas exteriores, vesículas formadas por los virus al salir de la célula, etc. Uno de los estudios más completos ha sido llevado a cabo con el virus de la gripe (Harris y col. 2006; Nayak y col. 2009). A partir de toda una serie de análisis y mediante el uso del software adecuado se ha podido establecer un modelo de su estructura externa (Figura 1).

Figura 1: Fotografía de partículas aisladas del virus de la gripe visualizadas mediante criomicroscopía electrónica (izquierda) y reconstrucción tridimensional de la superficie del virus (derecha)

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Esta misma técnica se ha empleado para estudiar el virus VIH. En diferentes trabajos se han observado el virus completo, estructuras internas del mismo, o proteínas de superficie, más difíciles de visualizar por otras técnicas, debido a la dificultad de aislarlas de formas íntegra empleando las técnicas convencionales de microscopía. En este artículo se muestra el trabajo del grupo de Meyerson y colaboradores que ha estudiado la estructura de las glicoproteínas que rodean el VIH, y que están implicadas en el reconocimiento de la célula que infectan. Para ello procesaron la muestra tal y como se detalla en la figura 2.

Figura 2: Protocolo seguido para el estudio de las proteínas de superficie del virus VIH

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Un resumen mucho más detallado de los pasos que han permitido obtener estos resultados se muestra en este vídeo, donde los autores del artículo muestran de forma detallada cada uno de los pasos que les han permitido llegar a las conclusiones de su trabajo. Gracias a esta técnica, y a los conocimientos previos de la estructura de la proteína de la envuelta, obtenidos por cristalografía y difracción de rayos X, se ha determinado un modelo de la estructura de las espículas que rodean el VIH, y que se muestra en la figura 3.

Figura 3: Modelo de la estructura tridimensional de las espículas del VIH

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Con los datos obtenidos en este trabajo se puede ir completando el modelo tridimensional del VIH (figura 4), datos que corroboran observaciones anteriores, y que a su vez han sido completados por otros estudios realizados con posterioridad (Zhu y col., 2003, 2006, 2008; Wu y col., 2010; White y col., 2011; Frank y col., 2012).

Con todos esos datos se ha podido establecer un modelo que las partes externas del VIH, tal como se ha mostrado con anterioridad para el virus de la gripe. Ese modelo se recoge en la Figura 4.

Figura 4: Fotografía de partículas aisladas del VIH visualizada mediante criomicroscopía electrónica (izquierda) y reconstrucción tridimensional del virus, donde se detalla la localización de las proteínas de la envuelta (derecha).

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Video donde se resume el fundamento de la técnica de criomicroscopía electrónica

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Entradas relacionadas:

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Referencias:


  1. 12 junio, 2012 en 12:18

    Manuel
    Muy buen resumen sobre la microscopía electrónica y el VIH. Pero ya verás como rápidamente algun magufo aparece con la monserga del negacionismo del SIDA en alguna de sus diversas variantes.
    http://diario-de-un-ateo.blogspot.com.es/2012/02/nuevos-datos-sobre-el-negacionismo.html

  2. 12 junio, 2012 en 12:23

    Muy interesante. Pero al congelar la muestra y lo que se pretendiera estudiar fueran celulas, ¿no se producirian cristales de hielo que destruirian esas celulas?

  3. 12 junio, 2012 en 13:49

    Javi, efectivamente la congelación puede ser un problema si los cristales alteran la muestra biológica. Hay diversas técnicas que emplean la congelación como puede ser la microscopía o la conservación de material biológico. Una vez detectado el problema se han encontrado soluciones: emplean sustancias inertes crioprotectoras o emplear “rampas” en las que se produce un enfriamiento progresivo y escalonado para impedir la aparición de cristales de agua.

  4. 12 junio, 2012 en 17:40

    Qué interesante! Me llamó poderosamente la atención la forma en que se reconstruyen los modelos 3D a partir de múltiples imágenes 2D. Ahora veo que las técnicas milagrosas que usan los supercientíficos de las series policiales de la TV no están taaan alejadas de la realidad 😉

    …también tenía la duda de qué pasaba con los cristales de hielo =)

  5. cesar
    18 septiembre, 2012 en 5:25

    Que interesante son estas dos fotografias que presentas. Se ve claramente en la foto del virus de la gripe los knobs, o sea esas puntas que permiten adherirse a la celula para infectarla, mas bien si se dan cuenta con el virus del vih, apenas uno de ellas aparentemente contiene estos knobs, que según R. Gallo, son indispensables para adherirse al linfocito y transmitir su código genético. Creo que el retrovirus del VIH existe, pero comparto la opinión de Peter Duesberg, es un virus inofensivo. También concuerdo con su descubridor, Luc Montagner, es un virus que facilmente puede ser deshecho por un sistema inmunologico sano. No lo digo Yo, lo dice el descubridor de este virus, no el ladrón de Robert Gallo, que se robó el descubrimiento de Montagner, es noticia muy conocida.

  6. 18 septiembre, 2012 en 8:07

    César, dos cosas. Purificar el VIH con eso que llamas knobs, no es nada fácil, es algo más que sabido. De todas formas si te das una vuelta por PubMed encontrarás montones de publicaciones con virus presentando esas partículas. De hecho esas glicoproteínas han sido cristalizadas y su estructura es perfectamente conocida.
    En cuanto a lo de creer si es inofensivo o no…, no se trata de creer sino de presentar pruebas. Hay pruebas que demuestran que el VIH es infectivo y destruye células necesarias para el correcto funcionamiento del sistema inmune. ¿Dónde están las pruebas de que el VIH es inofensivo, qué experimentos presenta Duesberg para apoyar eso? Y lo mismo pasa con Montagnier, ¿qué experimentos ha presentado mostrando que una persona sana jamás desarrollará SIDA a pesar de que se infecte con el VIH?

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