Primeras imágenes de bacterias vivas en rayos X

Investigadores que trabajan en el National Accelerator Laboratory (SLAC) de Estados Unidos han capturado los primeros retratos en rayos X de bacterias vivas. Este hito, publicado en "Nature Communications", es un primer paso para posibles exploraciones de rayos X de la maquinaria molecular en la investigación de infecciones virales, la división celular, la fotosíntesis y otros procesos que son importantes para la biología, la salud humana y nuestro medio ambiente. El experimento se llevó a cabo en la fuente de luz láser de rayos X (LCLS).

"Hemos desarrollado una forma única de explorar rápidamente, clasificar y analizar muestras, con la posibilidad de llegar a resoluciones más altas que otros métodos de estudio", dijo Janos Hajdu, profesor de Biofísica en la Universidad de Uppsala en Suecia, que dirigió la investigación. "Esto podría eventualmente ser un cambio de juego completo".

El experimento se centró en las cianobacterias, o algas verde-azules, una forma abundante de bacterias que transformaron la atmósfera de la Tierra hace 2.500 millones años por la liberación de oxígeno respirable, haciendo posibles nuevas formas de vida que son dominantes en la actualidad. Las cianobacterias juegan un papel clave en los ciclos de oxígeno, carbono y nitrógeno del planeta.

Los investigadores rociaron cianobacterias que viven en una fina corriente de gas húmedo a través de un dispositivo de pistola. Las cianobacterias estaban vivas e intactas cuando recibieron los pulsos de rayos x del LCLS, produciendo patrones de difracción registrados por los detectores del SLAC. Los patrones de difracción conservan detalles de las cianobacterias vivientes que se compila para reconstruir imágenes en dos dimensiones. Los investigadores dijeron que debería ser posible producir imágenes en 3D de algunas muestras utilizando la misma técnica.

La técnica trabaja con bacterias vivas y no requiere tratamiento especial de las muestras antes de la formación de imágenes. Otros métodos de imágenes de alta resolución pueden requerir tintes especiales para aumentar el contraste de las imágenes, o trabajar sólo en muestras muertas o congeladas.

100 imágenes por segundo

La técnica puede capturar alrededor de 100 imágenes por segundo, acumulando muchos millones de imágenes de rayos X de alta resolución en un solo día. Esta velocidad permite la clasificación y el análisis de la estructura interna y la actividad de las partículas biológicas en una escala masiva, que podría mostrar los pasos cronológicos de una serie de actividades celulares.

De esta manera, la técnica combina la biología y el 'big data', dijo Tomas Ekeberg, biofísico de la Universidad de Uppsala. "Se puede estudiar el ciclo completo de procesos celulares, con cada pulso de rayos X que proporciona una instantánea del proceso que se desea estudiar", dijo. Mientras los microscopios ópticos y la tomografía de rayos X también pueden producir imágenes de alta resolución en 3-D de las células vivas, LCLS, dicen los investigadores, podría eventualmente alcanzar una resolución mucho mejor --a fracciones de un nanómetro, o millonésima de metro--, donde las moléculas y quizás incluso los átomos se pueden resolver.