JEMCA, microscopia electrònica per avançar en la investigació en biologia estructural i nous materials

És una instal·lació pionera que acull dos microscopis electrònics d'alta gamma: un per resoldre l'estructura de grans complexos de proteïnes i àcids nucleics i l'altre per estudiar materials a escala atòmica. Creat gràcies a l'acció conjunta de diverses institucions de recerca, el CSIC entre elles, s'ubica al Sincrotró ALBA (Cerdanyola, Barcelona) i és obert a tota la comunitat científica.

Microscopio Cryo-TEM

Poder veure la ubicació d'un àtom específic en un material, visualitzar aquest material en 3D així com la posició de tots els seus àtoms i, si algun està mal posicionat, poder indicar-ho als enginyers que han creat el material perquè el corregeixin. Aquest és un dels exemples de l'extraordinària capacitat del nou microscopi electrònic METCAM, que forma part del JEMCA, inaugurat fa uns dies al Sincrotró ALBA, a Cerdanyola.

El JEMCA acull dos microscopis: el METCAM, coordinat per l'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) i el Cryo-TEM, coordinat per l'Institut de Biologia Molecular de Barcelona (IBMB) del CSIC.

Aquest segon microscopi és clau per resoldre de manera ràpida i amb gran resolució l'estructura de proteïnes que no es poden analitzar amb altres mètodes. Amb el Cryo-TEM, el procés consisteix a preservar la mostra en el seu estat fisiològic en una solució vitrificada, refredant ràpidament de manera que les molècules d'aigua de la solució no tenen temps de cristal·litzar, formant un sòlid amorf que no fa malbé l'estructura de les proteïnes. Després, la mostra sanalitza amb el microscopi electrònic per veure la seva estructura a alta resolució. No només és un procés més ràpid que el tradicional de cristal·lografia de raigs X (que requereix obtenir prèviament un cristall de la mostra) sinó que permet resoldre l'estructura de complexos biològics que fins ara no es podien resoldre.

Cryo-TEM: és un procés més ràpid que el tradicional de cristal·lografia de raigs X (que requereix obtenir prèviament un cristall de la mostra) i permet resoldre l'estructura de complexos biològics que fins ara no es podien resoldre

Ja hi ha alguns projectes en marxa. Per exemple, es fa servir per analitzar proteïnes implicades en malalties neurodegeneratives; per a lestudi dels microtúbuls cel·lulars, essencials en la proliferació cel·lular i en la formació dembrions; oa l'estudi de la Covid.

El Centre Conjunt de Microscòpia Electrònica a l’ALBA (JEMCA pel seu nom en anglès, Joint Electron Microscopy Center at ALBA) està impulsada per vuit socis diferents: l’Institut de Biologia Molecular de Barcelona (IBMB-CSIC), l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), l’Institut de Recerca Biomèdica (IRB Barcelona), el Centre de Regulació Genòmica (CRG), l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), el Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC), la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) i el Sincrotró ALBA. En la fase de definició del projecte es va comptar amb el suport fonamental del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST).

Es tracta d’una infraestructura única a l’estat espanyol que permet accedir a instruments complementaris a la llum de sincrotró per ampliar el coneixement en l’àmbit de la biologia estructural i la ciència de materials.

Cryo-TEM

El microscopi Cryo-TEM és clau per resoldre de manera molt ràpida i amb gran resolució l’estructura de proteïnes que no es poden analitzar amb altres mètodes. Aquest microscopi ja està realitzant experiments que tenen un important retorn a la societat. Per exemple, els investigadors de l’IBMB-CSIC Núria Verdaguer i Pablo Guerra, en col·laboració amb els investigadors de l’IRB Barcelona Manuel Palacín i David Aparicio i la spin-off Ona Therapeutics, estan analitzant una proteïna involucrada en la metàstasi del càncer de pulmó, així com el complex d’aquesta amb un anticòs d’ interès en teràpia anti-metàstasi. El Cryo-TEM és el segon microscopi d’aquest tipus a Espanya i representa un gran avantatge per a la comunitat d’usuaris d’aquest àmbit.

Detall del microscopi METCAM

METCAM: dedicat a l'análisi de materials, té una resolució espacial per sota dels 0.5 ángstroms, el que permte veure àtoms individuals

METCAM

Per la seva part, el microscopi METCAM, que actualment s’està posant en marxa, és únic al país. Està dedicat a l’anàlisi de diferents tipus de materials. Té una resolució espacial per sota dels 0.5 àngstroms (un àngstrom és deu milions de vegades més petit que un mil·límetre), el que permet veure àtoms individuals. També cal destacar que amb aquest equipament es podran correlacionar les dades obtingudes amb les tècniques de llum sincrotró realitzades al mateix espai. Això facilita abordar des de diferents perspectives reptes com la producció d’hidrogen, la reducció del CO2 o el desenvolupament de materials quàntics.

Com a exemple, l’equip del professor ICREA Jordi Arbiol, cap de grup de l’ICN2, està duent a terme diversos projectes per al desenvolupament de bits quàntics escalables per a computació quàntica a partir de materials híbrids nanoestructurats, un d’ells en col·laboració amb Microsoft. A més dels dos microscopis, per preparar les mostres en làmines molt fines i poder-les observar al METCAM, el centre compta amb un equipament de feix d’ions focalitzats (FIB), instal·lat a l’ICN2. El METCAM acollirà els primers experiments a l’abril d’enguany.

Oberts a tota la comunitat científica

Aquests nous microscopis estan oberts a tota la comunitat científica. L’accés acadèmic és gratuït a través de concurrència competitiva, tal i com es fa amb la resta d’instruments del Sincrotró ALBA. Els socis del projecte tenen un temps d’ús reservat.

Els microscopis han costat 5,8 milions d’euros, el 50% dels quals han estat finançats pel Fons Europeu de Desenvolupament Regional (FEDER), amb el suport del departament de Recerca i Universitats de la Generalitat de Catalunya, mitjançant l’ajut per a la realització de projectes cooperatius de creació, construcció, adquisició i millora d’equipaments i plataformes científiques i tecnològiques compartides, dins el marc del programa Operatiu FEDER de Catalunya 2014-2020.

El JEMCA amplia així les capacitats de recerca a Catalunya, que també es veuran enfortides amb el microscopi electrònic co-finançat pel mateix programa FEDER que la Universitat de Barcelona està instal·lant actualment. A més a més, a través de l’ICN2, el JEMCA forma part de la infraestructura de recerca distribuïda europea per a la microscòpia electrònica avançada (e-DREAM).

Contacte i més informació del Cryo-TEM

https://www.ibmb.csic.es/en/platforms/cryo-electron-microscope/#presentation

Contacte i més informació del METCAM:

https://www.cells.es/en/instrumentation/em02-metcam

FaLang translation system by Faboba