Nueva cátedra de fundación para la nanofisiología: en busca del orden celular

Gracias a la microscopía moderna de alta resolución, incluso se puede visualizar el citoesqueleto (verde) de la neurona de una mosca, así como los puntos de contacto (rojos) con otras células. (Foto: Prof. Jan Pielage)

Profesor Sandro Keller, Vicedecano de la Facultad de Biología

Lo que ocurre en las células exactamente a nivel nanométrico sigue siendo un misterio para la investigación hasta ahora. ¿Cómo se organizan las estructuras, como membranas y complejos enzimáticos, dentro de una célula? ¿Cómo sabe una célula dónde está el frente, la parte trasera, abajo y arriba? ¿Cómo se crean estructuras coordinadas en el espacio y en el tiempo? La cátedra de fundación en Nanofisiología en la Universidad Técnica de Kaiserslautern (TUK) debe ofrecer respuestas a estas preguntas. En los primeros cinco años, será financiada por la Fundación Carl Zeiss con un millón de euros. El objetivo es entender mejor la formación de patrones en las células a nivel molecular, para así también encontrar causas de enfermedades, como trastornos nerviosos.

Ya se ha investigado bastante cómo se forman patrones como las manchas en el pelaje de leopardos y jirafas o las rayas en las cebras durante el desarrollo embrionario. "Los genes que solo se leen en ciertas células y en momentos específicos del desarrollo juegan un papel importante en esto", dice el profesor Dr. Sandro Keller, decano adjunto del departamento de Biología en la TUK, donde se establecerá la nueva cátedra.

Procesos similares también ocurren a nivel molecular, en un ámbito que no es directamente visible para el ojo humano. La importancia de que también aquí se produzca un orden se muestra, por ejemplo, en la transmisión de información en los nervios. Una disposición exacta en espacio y tiempo de las sinapsis en las células nerviosas es crucial para que la información pueda ser procesada correctamente entre ellas.

El citoesqueleto, la estructura que sostiene las células y regula procesos de movimiento y transporte, también está sometido a una disposición precisa. En general, las células son estructuras altamente complejas, en las que, por ejemplo, las mitocondrias, las "centrales energéticas" de las células, o complejos proteicos en membranas, están organizados en patrones específicos. "Lo que exactamente sucede a nivel molecular, cómo las células crean este orden y lo mantienen funcional durante meses o años, y cómo se adaptan a condiciones cambiantes, aún no se comprende en detalle", continúa Keller.

La cátedra de fundación, financiada por la Fundación Carl Zeiss, se dedicará en el futuro a estas cuestiones. Para ello, se utilizarán microscopios de alta resolución que ofrecen una visión del nanocosmos. "Con microscopios ópticos convencionales solo podemos ver hasta aproximadamente un tercio de un micrómetro en el interior de las células", dice Keller. "Pero esta técnica no es adecuada para el rango nanométrico."

Se necesitan nuevas técnicas de microscopía, que actualmente están revolucionando la investigación biológica y que, gracias a la nueva cátedra, también se aplicarán en la TUK. Para procesar la gran cantidad de datos e imágenes digitalmente, se planifica una estrecha colaboración con los departamentos de Matemáticas e Informática, así como con el Instituto Fraunhofer para Matemáticas en Tecnología y Economía (ITWM).

Los resultados no solo ayudarán a entender procesos celulares fundamentales, sino también a encontrar causas moleculares de enfermedades, como trastornos nerviosos o alteraciones en el desarrollo. La nueva cátedra de Nanofisiología se ocupará en 2018 y fortalecerá el enfoque de investigación en biología de membranas y sistemas en la TUK.

El profesor Dr. Arnd Poetzsch-Heffter, vicepresidente de investigación y tecnología, se muestra satisfecho con la nueva cátedra: "Con ella, podemos fortalecer el enfoque de investigación en un tema de gran importancia y también ampliar la colaboración interdisciplinaria entre los departamentos de la TUK y con el Instituto Fraunhofer ITWM. Felicito a todos los involucrados por este éxito."

Theresia Bauer, presidenta de la administración de la Fundación Carl Zeiss, explica la decisión de financiamiento: "Con el apoyo a la cátedra de fundación, la Fundación Carl Zeiss permite a la TU Kaiserslautern ampliar aún más su ya fuerte enfoque de investigación en biología de membranas y sistemas. Esto complementa nuestro apoyo en curso al Centro de Lipidómica y sigue el principio de la fundación de orientar la financiación hacia las fortalezas académicas de los solicitantes y su orientación estratégica."