Innovadores Menores De 35 Colombia La edición en español de
MIT Technology Review elige a los
innovadores menores de 35

Maier Avendaño, 29

Sus técnicas de microscopía de fluorescencia de alta resolución observan moléculas separadas por solo cinco nanómetros

Instituto Wyss, Universidad de Harvard

  • Por Maximiliano Corredor

Maier Avendaño. Crédito: Juanita Lara

El microscopio es una de las herramientas más usadas por los científicos para desentrañar los misterios de la naturaleza. Sin embargo, estos aparatos dejan de distinguir por debajo de los 200 nanómetros, el límite impuesto por las leyes de la óptica. Los detalles de los procesos que tienen lugar en el interior de una célula permanecen ocultos al ojo humano. Pero el joven innovador Maier Avendaño no se conforma con una observación tan borrosa. Así, ha desarrollado nuevas técnicas de microscopía de fluorescencia que rompen esa barrera y permiten escudriñar objetos separados por tan solo cinco nanómetros. 

La microscopía de fluorescencia crea esas imágenes de brillantes colores con que se ilustran casi todos los progresos científicos en la biología celular de vanguardia. Se logra al añadir sustancias emisoras de luz fluorescente, los fluoróforos, de manera específica a las estructuras o moléculas que los científicos quieren observar. “Sin embargo, su capacidad de discernir dos objetos próximos entre sí estaba limitada por la longitud de onda de la luz empleada”, explica Avendaño. Esto fue así “hasta la aparición de nuevas técnicas de superresolución, que en 2014 recibieron el premio Nobel de Química de 2014”, añade.

El investigador ha utilizado este avance como punto de partida para implementar una nueva técnica, DNA-PAINT, y desarrollar dos extensiones de la misma, Exchange-PAINT y q-PAINT,  como parte de su tesis doctoral en la Universidad de Harvard (EEUU). El joven bogotano prosigue su explicación: “Si puedes hacer que los fluoróforos no emitan de manera continua, sino que parpadeen, al tomar imágenes en sucesivos momentos se observarán distintos puntos de luz en cada una”. Gracias al posterior tratamiento matemático de las imágenes es posible diferenciar, por su distinto patrón de parpadeo, objetos muy próximos que con la técnica convencional aparecerían como uno solo. 

Para lograr este parpadeo, Avendaño se basa en la estructura molecular del ADN. El grado de unión que mantienen las dos hebras de una misma hélice se determina por la temperatura y la longitud de dichas hebras. Avendaño emplea cada una de estas hebras como parte de la sonda que visualiza las moléculas. Pero estas sólo se iluminan cuando ambas hebras de la hélice están unidas

De esta forma, manipular sucesivamente las condiciones de la muestra a observar con las hebras de ADN, se logran distintos niveles de unión entre ellas y, por tanto, el parpadeo de las moléculas según estén sujetas a ambas o no. Así, el investigador ha demostrado que es posible distinguir moléculas separadas hasta cinco nanómetros. Por comparar, el diámetro de la doble hélice es de dos nanómetros.

Otro de los problemas que tenía la microscopía de fluorescencia tradicional era la limitación en el número de tipos de objetos que podían visualizarse, determinado por el número de fluoróforos existentes. Por ejemplo, una molécula fluorescente verde identifica a todas las proteínas de un tipo y  otra molécula que emite fluorescencia en rojo registra otro tipo distinto de proteínas. Con este procedimiento está limitado a tres o cuatro colores distintos, pues las señales de cada uno tienden a mezclarse. 

Avendaño resuelve esto con su técnica Exchange-PAINT, que permite a los investigadores localizar con un solo fluoróforo todos los tipos de moléculas que deseen. Al utilizar de manera secuencial las sondas de ADN para distintos tipos de moléculas se obtiene una imagen de alta resolución para cada una de ellas. Un tratamiento computacional posterior otorgará un color artificial a la luz procedente de cada sonda, a pesar de que todas ellas utilizaran un fluoróforo del mismo color.

Este avance permite visualizar la interacción entre gran número de biomoléculas, algo que no había sido posible a esta resolución hasta ahora. Así se podrá descubrir información relevante de cómo responden las células ante determinados tratamientos, ver de forma simultánea todo el proceso de regulación de la expresión genética y otros procesos dentro de la célula o en su membrana. Según el investigador, “las áreas que se van a beneficiar inmediatamente son los estudios sobre cáncer y la neurobiología", en las que él mismo está trabajando.

La segunda de las técnicas desarrolladas por el investigador, q-PAINT, permite contar el número de moléculas que emiten señal en la imagen obtenida. Esto posibilita hacer estudios cuantitativos de extrema precisión, lo que será de gran relevancia en estudios de biomedicina.

Según el Profesor Titular de la Facultad de Medicina de la Universidad Nacional de Colombia, Jean Paul Vernot, miembro del jurado de los premios MIT Technology Review Innovadores menores de 35 Colombia, la aplicabilidad e importancia del avance desarrollado por Maier Avendaño son “evidentes en varios campos de la biología y la biomedicina”. Según este experto, “generará una serie de conocimiento que necesariamente obligará a cambiar las aproximaciones experimentales para el estudio de la Fisiología Celular y permitirán el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas”. 


Aquí puedes ver el listado completo de los 10 ganadores de Innovadores menores de 35 Colombia.

Ganadores de Innovadores menores de 35 Colombia 2015

Maier Avendaño

Sus técnicas de microscopía de fluorescencia de alta resolución observan moléculas separadas por solo cinco nanómetros

Juan Gallo

Ha diseñado herramientas bioinformáticas que aceleran y abaratan la identificación de patógenos infecciosos

Juan Carlos Guáqueta

Su sistema de depuración con lombrices aprovecha aguas residuales para regar campos y crear abono

Santiago Reyes

Utiliza reprogramación celular y la técnica de edición genética CRISPR para crear herramientas con las que predecir el riesgo de insuficiencia cardiaca

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