Eric Betzig gana el Premio Nobel de Química de 2014

Imágenes de alta velocidad obtenidas con el microscopio de iluminación plana por haz de Bessel revela la superficie siempre cambiante de una célula HeLa, con largas y delgadas proyecciones llamadas filopodios que se extienden y retraen continuamente.
Vídeo: Laboratorio de Eric Betzig / Campus de Investigación Janelia

La Real Academia de las Ciencias Sueca anunció hoy que Eric Betzig, líder de grupo del Campus de Investigación Janelia del Instituto Médico Howard Hughes, Stefan Hell, del Instituto Max Planck para Química Biofísica, y William Moerner, de la Universidad de Stanford, son los galardonados con el Premio Nobel de Química de 2014 por el desarrollo de la microscopía de fluorescencia de super-resolución.

Durante mucho tiempo la evolución de la microscopía óptica estuvo detenida por una presunta limitación: no sería posible obtener una resolución mayor que la mitad de la longitud de onda de la luz. Con la ayuda de moléculas fluorescentes, los galardonados con el Premio Nobel de Química 2014 sobrepasaron ingeniosamente esta limitación. Su trabajo pionero llevó la microscopia óptica al campo de la nanodimensión.

Ejemplos de métodos de imágenes de super-resolución incluyen microscopía de localización fotoactivada (PALM, por sus siglas en inglés), desarrollada en 2006 por Betzig y Harald Hess, científicos de Janelia, y por Samuel Hess de la Universidad de Maine; microscopía óptica de reconstrucción estocástica (STORM, por sus siglas en inglés), desarrollada por el investigador del HHMI Xiaowei Zhuang en la Universidad de Harvard; el agotamiento de la emisión estimulada (STED, por sus siglas en inglés) desarrollado por Stefan Hell en Max Planck; y la microscopía de iluminación estructurada y saturada (SSIM, por sus siglas en inglés) desarrollada por el difunto Mats Gustafsson en Janelia y la Universidad de California, San Francisco.

Utilizando lo que se conoce como nanoscopía, los científicos pueden visualizar la dirección que toman moléculas individuales dentro de células vivas. Pueden ver cómo las moléculas crean sinapsis entre células nerviosas en el cerebro; pueden rastrear el agregado de proteínas implicadas en enfermedades tales como Parkinson, Alzheimer y Huntington; pueden seguir proteínas individuales en huevos fertilizados a medida que estos se dividen dando lugar a embriones.

Este video muestra un microscopio óptico de adaptación operando en modo de excitación por dos fotones. Las imágenes muestran un subconjunto de neuronas con membranas marcadas en el cerebro de un embrión vivo de pez cebra. Algunas partes del video muestran lo que se ve con adaptación óptica (AO) y con deconvolución activada, y para comparar, con AO inactivada. (Video de mayor resolución disponible a pedido). Crédito del vídeo: Cortesía del laboratorio de Eric Betzig, Campus de Investigación Janelia del HHMI.

Antes de mudarse al Campus de Investigación Janelia en 2006, Eric Betzig –físico, inventor e ingeniero– no tenía un laboratorio. Tenía una oficina en su cabaña en Michigan, donde realizó la mayor parte de su trabajo, pero algunos días empacaba todo y usaba su barco para navegar en el lago Hiland en Michigan hasta encontrar un lugar apartado que le sirviera como espacio de trabajo. Dice que al fin de cuentas las herramientas de su oficio, “una computadora portátil y un par de muy buenas ideas”, se empaquetaban fácilmente.

Como líder de grupo en Janelia, Betzig y su antiguo colaborador, Harald Hess, desde entonces han desarrollado microscopios que le permiten a los biólogos mirar dentro de las células vivas con una resolución sin precedentes. Betzig se formó como físico experimental, y se hizo conocido en ese campo de investigación desde el principio, dado que ayudó a desarrollar una técnica conocida como microscopía de campo cercano, que se utilizó para visualizar estructuras que los científicos habían considerado demasiado pequeñas para ser vistas con un microscopio óptico. Como estudiante de posgrado en la Universidad de Cornell, y luego durante seis años en los Laboratorios Bell, avanzó la tecnología para que sea más práctica para los biólogos, permitiendo la obtención de poderosas imágenes de células muertas.

El tamaño de una proteína típica es de aproximadamente uno o dos nanómetros –unas 200 veces más pequeño de que lo que se puede ver con un microscopio de luz común–. Los microscopios de campo cercano, por otro lado, pueden discriminar estructuras tan pequeñas como 30 nanómetros. Eso es mucho más grande que una proteína, pero de acuerdo a Betzig, “todavía hay muchas cosas que se pueden aprender”. Se frustró, sin embargo, cuando se dio cuenta que dadas las limitaciones inherentes a la metodología general probablemente ésta nunca sería útil para visualizar células vivas. Sintiendo que había llevado la tecnología lo más lejos que podía, Betzig decidió que era hora de cambiar.

Betzig le dio la espalda a los Laboratorios Bell, y al mundo científico en general, para unirse a la compañía de partes de máquinas de su padre Robert en Chelsea, Michigan. Pasó siete años en la Empresa de Maquinarias Ann Arbor lidiando con la producción automatizada de grandes volúmenes de piezas de maquinarias. El problema, explica, es que una máquina de varias toneladas y sus herramientas deben ser movidas a muchos lugares con el fin de cortar una sola pieza. “Así que la máquina se pasa la mayor parte del tiempo moviéndose, en lugar de cortando el metal”, dice Betzig. Utilizó su comprensión de la ingeniería para crear un método para mover las máquinas con una extraordinaria rapidez sin sacrificar la precisión necesaria, reduciendo así considerablemente el tiempo dedicado a ese aspecto de la fabricación.

Una vez que vio a su último invento pasar del desarrollo a la comercialización, Betzig dice que se empezó a inquietar y empezó a pensar en volver a la ciencia. Pero sin publicaciones científicas durante los últimos diez años “había un gran hueco en mi currículum. Así que sabía que tenía que generar algún capital intelectual para que la gente me escuchara de nuevo”.

“Así que me refugié en mi cabaña, y empecé a pensar. Eventualmente esos pensamientos me llevaron de nuevo a la microscopía”, recuerda. El progreso en el campo de las imágenes, tales como el desarrollo de las proteínas fluorescentes, hace que la necesidad de avances en microscopía sean hoy todavía más críticos, dice Betzig. Dice que Janelia proporciona el entorno ideal para este tipo trabajo, en gran parte debido a la oportunidad de interactuar con personas que en última instancia, utilizan la herramienta que uno crea. “Aprendí de mi experiencia en los negocios que no hay nada más importante que el contacto constante con el cliente cuando se está desarrollando nuevos productos”, dice. “Y eso es exactamente lo que tenemos en Janelia. Las personas que van a utilizar el microscopio están ahí; guían el diseño”.

Betzig dice que son igualmente importantes los mecanismos que Janelia tiene para “tomar el material crudo que un físico puede hacer funcionar, y llevarlo a través de la fase de desarrollo hasta convertirlo en algo que los biólogos serán realmente capaces de utilizar”. 

“En última instancia”, dice, “todo se reduce al impacto. Uno quiere crear un instrumento que va a tener un impacto”.