Nobel de Química 2017: Joachim Frank

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Joachim Frank

Gran parte de la biología se reduce a estudiar las piezas más pequeñas del todo más grande: la estructura y el funcionamiento del ADN, el ARN, la síntesis y el plegamiento de las proteínas a través de las cuales se realizan todos los trabajos de la vida. Pero estos intrincados procesos ocurren en un nivel de existencia que requiere técnicas sofisticadas para capturar, estudiar y finalmente entender. Joachim Frank ha dedicado su carrera a extender la visión de la ciencia a capas y profundidades nunca antes vistas.

Richard Henderson demostró que la cryo-EM podría proporcionar imágenes tan detalladas como las generadas utilizando cristalografía de rayos X, lo cual fue un hito crucial. Sin embargo este progreso se basó en una excepción: que la proteína se empaqueta naturalmente de manera regular en la membrana. Pocas proteínas se ordenan espontáneamente de esta manera. La pregunta era si el método podría generalizarse: ¿sería posible usar un microscopio electrónico para generar imágenes 3D de alta resolución de proteínas que se dispusieran al azar en la muestra orientándose en diferentes direcciones? Richard Henderson creía que sí, mientras otros pensaban que esto era una utopía.

Al otro lado del Atlántico, en el Departamento de Salud del Estado de Nueva York, Joachim Frank había trabajado durante mucho tiempo para encontrar una solución a ese problema.

En 1975, presentó una estrategia teórica donde la información, aparentemente mínima, encontrada en las imágenes bidimensionales del microscopio electrónico, podría fusionarse para generar un todo tridimensional de alta resolución.

La estrategia de Joachim Frank se basa en discriminar, mediante un programa informático, entre las proteínas colocadas al azar y el fondo borroso del microscopio electrónico. Desarrolló un método matemático que permitía al ordenador identificar diferentes patrones recurrentes en la imagen. Luego el ordenador clasifica patrones similares en el mismo grupo y fusiona la información para generar una imagen promedio más nítida. De esta manera obtuvo una serie de imágenes bidimensionales de alta resolución que mostraban la misma proteína pero desde diferentes ángulos. Los algoritmos del software se completaron en 1981.

El siguiente paso fue determinar matemáticamente cómo fusionar las diferentes imágenes bidimensionales entre sí y para obtener una imagen 3D. Frank publicó esta parte del método de análisis de imágenes a mediados de la década de 1980 y la utilizó para generar un modelo de la superficie de un ribosoma, la gigantesca maquinaria molecular que construye proteínas en el interior de la célula.

El método de procesamiento de imágenes de Joachim Frank fue fundamental para el desarrollo de cryo-EM.

El método de Frank para obtener imágenes 3D

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