JEMCA, microscopía electrónica para avanzar en la investigación en biología estructural y nuevos materiales

Es una instalación pionera que alberga dos microscopios electrónicos de alta gama: uno para resolver la estructura de grandes complejos de proteínas y ácidos nucleicos y el otro para estudiar materiales a escala atómica. Creado gracias a la acción conjunta de diversas instituciones de investigación, el CSIC entre ellas, se ubica en el Sincrotrón ALBA (Cerdanyola, Barcelona) y está abierto a toda la comunidad científica.

El microscopio Cryo-TEM, en la imagen, es clave para resolver de forma muy rápida y con gran resolución la estructura de proteínas que no se pueden analizar con otros métodosPoder ver la ubicación de un átomo específico en un material, visualizar ese material en 3D así como la posición de todos sus átomos y, si alguno de ellos está mal posicionado, poder indicarlo a los ingenieros que han creado el material para que lo corrijan. Este es uno de los ejemplos de la extraordinaria capacidad del nuevo microscopio electrónico METCAM, que forma parte del JEMCA, inaugurado hace unos días en el Sincrotrón ALBA, en Cerdanyola.

El JEMCA acoge dos microscopios: el METCAM, coordinado por el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), y el Cryo-TEM, coordinado por el Instituto de Biología Molecular de Barcelona (IBMB) del CSIC.

Este segundo microscopio es clave para resolver de forma rápida y con gran resolución la estructura de proteínas que no se pueden analizar con otros métodos. Con el Cryo-TEM, el proceso consiste en preservar la muestra en su estado fisiológico en una solución vitrificada, enfriándola rápidamente de forma que las moléculas de agua de la solución no tienen tiempo de cristalizar, formando un sólido amorfo que no daña la estructura de las proteínas. Después, la muestra se analiza con el microscopio electrónico para ver su estructura a alta resolución. No sólo es un proceso más rápido que el tradicional de cristalografía de rayos X (que requiere obtener previamente un cristal de la muestra) sino que permite resolver la estructura de complejos biológicos que hasta ahora no podían resolverse.

Cryo-TEM: el proceso es más rápido que el tradicional de cristalografía de rayos X (que requiere obtener previamente un cristal de la muestra) y permite resolver la estructura de complejos biológicos que hasta ahora no podían resolverse

Ya hay algunos proyectos en marcha. Por ejemplo, se está utilizando para analizar proteínas implicadas en enfermedades neurodegenerativas; para el estudio de los microtúbulos celulares, esenciales en la proliferación celular y en la formación de embriones; o en el estudio de la Covid.

El Centro Conjunto de Microscopía Electrónica en ALBA (JEMCA por su nombre en inglés, Joint Electron Microscopy Center at ALBA) está impulsado por ocho socios distintos: el Instituto de Biología Molecular de Barcelona (IBMB-CSIC), el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), el Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona), el Centro de Regulación Genómica (CRG), el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) y el Sincrotrón ALBA. En la fase de definición del proyecto se contó con el apoyo fundamental del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST).

Se trata de una infraestructura única en España que permite acceder a instrumentos complementarios a la luz de sincrotrón para ampliar el conocimiento en el ámbito de la biología estructural y la ciencia de materiales.

Cryo-TEM

El microscopio Cryo-TEM es clave para resolver de forma muy rápida y con gran resolución la estructura de proteínas que no se pueden analizar con otros métodos. Este microscopio ya está realizando experimentos que tienen un importante retorno a la sociedad. Por ejemplo, los investigadores del IBMB-CSIC Núria Verdaguer y Pablo Guerra, en colaboración con los investigadores del IRB Barcelona Manuel Palacín y David Aparicio y la spin-off Ona Therapeutics, están analizando una proteína involucrada en la metástasis del cáncer de pulmón, así como el complejo de ésta con un anticuerpo de interés en terapia anti-metástasis. El Cryo-TEM es el segundo microscopio de este tipo en España y representa una gran ventaja para la comunidad de usuarios de este ámbito.

METCAM: dedicado al análisis de materiales, tiene una resolución espacial por debajo de los 0.5 ángstroms, lo que permite ver átomos individuales.

El microscopio METCAM es único en el país. Está dedicado al análisis de distintos tipos de materiales y tiene una resolución espacial por debajo de los 0.5 ángstroms, lo que permite ver átomos individuales

METCAM

Por su parte, el microscopio METCAM, que actualmente se está poniendo en marcha, es único en el país. Está dedicado al análisis de distintos tipos de materiales. Tiene una resolución espacial por debajo de los 0.5 ángstroms (un ángstrom es diez millones de veces menor que un milímetro), lo que permite ver átomos individuales. También cabe destacar que con este equipamiento se podrán correlacionar los datos obtenidos con las técnicas de luz sincrotrón realizadas en el mismo espacio. Esto facilita abordar desde diferentes perspectivas retos como la producción de hidrógeno, la reducción del CO2 o el desarrollo de materiales cuánticos.

Como ejemplo, el equipo del profesor ICREA Jordi Arbiol, jefe de grupo del ICN2, está llevando a cabo varios proyectos para el desarrollo de bits cuánticos escalables para computación cuántica a partir de materiales híbridos nanoestructurados, uno de ellos en colaboración con Microsoft. Además de los dos microscopios, para preparar las muestras en láminas muy finas y poder observarlas en el METCAM, el centro cuenta con un equipamiento de haz de iones focalizados (FIB), instalado en el ICN2. El METCAM acogerá sus primeros experimentos en abril de este año.

Abierto a toda la comunidad científica

Estos nuevos microscopios están abiertos a toda la comunidad científica. El acceso académico es gratuito a través de concurrencia competitiva, tal y como se realiza con el resto de instrumentos del Sincrotrón ALBA. Los socios del proyecto tienen un tiempo de uso reservado.

Los microscopios han costado 5,8 millones de euros, el 50% de los cuales han sido financiados por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), con el apoyo del Departament de Recerca i Universitats de la Generalitat de Catalunya, mediante la ayuda para la realización de proyectos cooperativos de creación, construcción, adquisición y mejora de equipamientos y plataformas científicas y tecnológicas compartidas, en el marco del programa Operativo FEDER de Cataluña 2014-2020.

El JEMCA amplía así las capacidades de investigación en Cataluña, que también se verán fortalecidas con el microscopio electrónico cofinanciado por el mismo programa FEDER que la Universidad de Barcelona está instalando actualmente. Además, a través del ICN2, el JEMCA forma parte de la infraestructura de investigación distribuida europea para la microscopía electrónica avanzada (e-DREAM).

Contacto y más información del Cryo-TEM

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

Contacto y más informacion del METCAM:

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

 

 

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