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Hola. Mi nombre es Tony Hyman.
Soy director del Instituto Max Planck en Dresden, Alemania.
Me gustaría hablarles hoy sobre la formación de una estructura conocida como el gránulo P.
Antes de empezar, en el lado derecho
hay una foto de nuestro instituto en Alemania que construimos
cuando estábamos allí hace unos 10 años.
Este fue un instituto nuevo. Se estableció en la vieja Alemania Oriental
después de la caída del muro.
Yo estaba involucrado en el diseño de este instituto.
Antes de empezar su construcción, subí al lado de una casa
y coloqué una cámara para observar la construcción de este instituto en particular.
Eso se muestra en esta película. Se puede ver que podemos seguir
la construcción de este Instituto Max Planck a través de las diferentes estaciones del año.
La construcción duró cerca de dos años.
Se puede ver que en primer lugar, las alas del edificio han aparecido.
Uds. pueden ver las dos alas separadas del edificio en construcción.
Pueden ver cómo se construyen de abajo hacia arriba.
Y Uds. pueden ver que lamentablemente el tiempo no es tan bueno como lo es aquí.
Estoy en California. Lamentablemente, hay una gran cantidad de nieve y mucha lluvia.
Pueden seguir las condiciones cambiantes en torno a un edificio.
Uds. pueden ver los productos intermedios en el proceso de construcción,
con estas cubiertas sobre las estructuras una vez que están construidas.
Y luego pueden seguir el proceso hasta su conclusión.
A partir de esto, podemos obtener una idea de cómo este edificio está organizado.
Lo muestro para recordarles lo importante que es obtener información cinética
sobre cómo se componen las cosas, y eso también es cierto en cualquier sistema biológico.
Si simplemente miran el edificio fijo, acabado,
entonces es muy difícil calcular cómo se compone, y si adivinan algo,
es probable que cometan errores.
Por eso, en la biología, la microscopía de lapso temporal ha sido absolutamente clave
para entender cómo estos diferentes compartimentos se juntan.
Y obtener información cinética realmente puede decirte mucho sobre
cómo el proceso está organizado.
Me gustaría hablar hoy acerca de cómo la información cinética,
y mirar la cinética de un proceso,
nos dijeron mucho acerca de los gránulos P, que no podíamos conseguir observando la imagen estática.
Volviendo a nuestra escala,
he mostrado algunas medidas de organización de la célula
desde las moléculas de tubulina a los microtúbulos individuales y los centríolos,
y hay muchos complejos de proteínas diferentes
que existe en este espacio de escala nanométrica.
Otros complejos de proteínas, tales como los ribosomas, los poros nucleares y
los proteasomas, existen en esa escala.
Pero hay un conjunto de compartimientos
que existen en esta escala, donde en realidad sabemos mucho menos cómo se componen.
Como he mostrado en los 3 primeros segmentos de mi charla,
entendemos mucho acerca de las reglas por las que componemos
cosas incluso muy complejas, tales como un microtúbulo
o un centríolo. Podemos entender la estructura.
Podemos comprender el mecanismo por el cual las proteínas están funcionando.
Pero en este nivel de escala, entendemos mucho, mucho menos.
Este es el problema que he planteado en mi segmento introductorio:
se trata de compartimentos membranosos no consolidados
que contienen muchos complejos de proteínas diferentes, cuyas estructuras individuales
podemos entender - los complejos de proteínas.
Pero no entendemos muy bien las reglas por las que estos complejos proteicos viven juntos
para formar estos compartimientos.
Recuerden, mencioné que son extremadamente dinámicos.
Por lo tanto, eso es esencial para nosotros en la biología celular.
Si vamos a entender cómo se organiza el citoplasma,
tenemos que entender cómo los compartimentos a esta escala
se componen.
Por lo tanto, una pregunta más general que podemos hacer es
¿cómo podemos estructurar organelos grandes no membranosos?
Si pensamos en un problema así, una cosa que podemos hacer
es que podemos preguntarnos qué podemos aprender de los sistemas no biológicos.
Porque en realidad, los sistemas no biológicos toman patrones muy complejos
también, como el agua.
Muy simple...el agua va entre muchos diferentes...gas, cristales de hielo...
así que sistemas simples y no biológicos en realidad toman
estructuras muy complejas.
Podemos hacer la siguiente pregunta entonces,
que es, ¿qué tienen que ver las estructuras no biológicas con el ensamblaje biológico?
¿Nos darán una idea de cómo estos compartimentos complejos,
que hasta ahora han sido muy difíciles de entender, están organizados?
El trabajo del que me gustaría hablar con Uds. hoy
era principalmente el trabajo de Cliff Brangwynne
en colaboración con Frank Julicher, quien es un colega mío
en el Instituto Max Planck para la Física de Sistemas Complejos,
también en Dresden.
El Max Planck es una sociedad que se compone de diferentes institutos,
algunos en la física, algunos en la química,
algunos en las humanidades, algunos en la biología,
por lo que a menudo podemos hablar con nuestros colegas en estos otros Max Planck
sobre otras materias, y Frank Julicher es un físico teórico.
Christian Eckmann, también de nuestro instituto, un líder del grupo que trabaja en
la formación de la línea germinal, y Carsten y Agata
también participaron en este proyecto en particular.
La pregunta es, ¿cómo formar gránulos P?
Por lo tanto, los gránulos P citoplasmáticos son centros de proteínas y ARN
que fueron descubiertos en C. elegans en 1983,
en realidad justo antes de que empecé mi doctorado.
Son esenciales para la formación de la línea germinal, y tienden a ser muy grandes.
Uds. pueden ver, están justo en esta mesoescala que yo estaba describiendo
para la organización de los compartimentos a esta escala.
Los gránulos P también son complejos.
Así pues, aquí hay muchas, muchas proteínas diversas
en un gránulo P.
Y hay ARN y proteínas que se unen al ARN en los gránulos P.
Se cree que son importantes para el estado totipotente de la línea germinal,
en otras palabras, para mantener la capacidad de la línea germinal de continuar a la generación siguiente.
Si lo piensan bien, es realmente increíble que durante todos los millones de años de evolución
de cualquier organismo en particular, cada vez la línea germinal tiene que ser capaz de entregar
una copia perfecta de la generación anterior a la siguiente generación.
Habrá algo de mutación lenta, pero básicamente, a menos que puedan hacer eso,
ellos no van a ser capaces de propagarse.
Por lo tanto, las células del cuerpo se envejecen poco a poco y poco a poco se desvanecen,
pero la línea germinal permanece totipotente. No envejece,
y es por eso que podemos propagarnos.
Por lo tanto, se sabe que estos gránulos de la línea germinal son importantes
para el mantenimiento de la totipotencia de la línea germinal.
Así que, ¿cómo se forman realmente y cómo funcionan?
Vamos a ver una película de los gránulos P.
Esta es una película particularmente hermosa, donde hemos marcado los gránulos P
con un marcador GFP. Así pues, etiquetamos con GFP uno de los componentes del gránulo P
y a continuación vemos que se mueven en el embrión.
Ahora, observen lo que sucede. Los verán todos deslizándose a lo largo del embrión
hacia el final. Así que empiezan aquí y se deslizan hacia abajo, hacia el final,
y terminan en un extremo del embrión,
y son heredados sólo por una célula.
Eso es lo que clásicamente se conoce como la división celular asimétrica,
donde una célula es diferente de la otra
porque hereda diferentes cantidades o tipos diferentes de citoplasma.
Por lo tanto, echemos un vistazo a esta película.
Uds. ven cómo los gránulos P están deslizándose hacia el posterior.
Voy a mostrárselo de nuevo.
Los gránulos P se deslizan hacia abajo, hacia la parte posterior del embrión,
y se puede ver la forma en que parecen moverse con un flujo citoplásmico.
Así que eso era fascinante. Se ve este amplio flujo de gránulos citoplasmáticos
y también se ven los gránulos P moviéndose con ellos.
Entonces, eso me llevó a la hipótesis de que tal vez los gránulos P son segregados por el flujo citoplásmico.
Sin embargo, hicimos un experimento que sugería que eso no podía ser todo lo que estaba pasando.
Lo hicimos por el rastreo de partículas en 3D.
Hacemos un seguimiento de gránulos P individuales a medida que se mueven.
Lo que eso demostró es que no hay un flujo neto de los gránulos P hacia el posterior del embrión.
Y eso es porque se puede medir los gránulos P que van en una dirección y en sentido contrario.
Este gráfico de barras especial muestra el promedio de los que crucen en el medio,
yendo desde la parte anterior a la posterior y de la posterior a la anterior.
Se puede ver el mismo número en ambos sentidos.
Por lo tanto, no hay flujo neto al posterior.
Por lo tanto, no puede ser que los flujos estén simplemente moviendo los gránulos P
de un extremo del embrión al otro.
Entonces, ¿cómo están siendo segregados?
Bueno, se puede ver el destino de los gránulos P individuales.
Vamos a hacer la microscopía de lapso temporal.
Como mencioné en la introducción a esta charla, no veamos una imagen estática del gránulo P.
Vamos a preguntar cuál es la historia de vida de un gránulo P particular.
Tal vez eso nos dirá algo.
Y de hecho lo hizo. Porque...este gráfico muestra aquí el tiempo de vida
de los gránulos P en relación a la división del embrión.
Se ve realmente un poco complejo, pero ténganme paciencia.
En este eje tenemos la intensidad de los diferentes gránulos P.
Por la intensidad, me refiero a la cantidad de moléculas fluorescentes en cualquier gránulo P particular.
En este eje tenemos el tiempo.
Así, se puede ver desde -14 hasta 0, que es un punto de tiempo arbitrario que se establece durante la división celular.
Ahora, miren lo que pasa.
En seguida después de la fecundación,hay gránulos P
en la parte anterior (en azul) y posterior (en rojo).
¿Pueden ver cómo hay un montón de ellos en ambos lados?
Eso es lo que vieron en la película, al principio están en todo el embrión.
Pero miren lo que ocurre primero. Todos ellos se despolimerizan.
O bien, se encogen, digamos, hasta que quedan muy pocos gránulos P en el citoplasma.
Luego, comienza a suceder una cosa interesante.
Empiezan a crecer en el posterior, pero que no en el anterior.
Entonces, P representa la parte posterior y A representa la parte anterior.
Siempre se puede imaginar que un embrión tiene un eje de polaridad,
y anterior-posterior es el eje de polaridad básico en cualquier embrión que se inicia por primera vez.
Recordarán que se termina con tres ejes.
El antero-posterior, izquierda-derecha y dorsal-ventral.
Eso es...cuando hay un ser humano...anterior-posterior,
está el eje izquierda-derecha y el dorsal-ventral.
Así pues, tenemos un eje antero-posterior aquí,
y los gránulos P se forman sólo en lo posterior.
Por eso, aprendimos que son dinámicos y también que la dinámica es diferente
en diferentes partes del embrión.
Se disuelven en el anterior y luego se disuelven en el posterior,
pero entonces se forman de nuevo más tarde en el ciclo celular.
Podemos ver esto en un poco más de detalle
graficando la intensidad del ensamblado del gránulo P.
Este es un gráfico aquí para mostrarles que hay un gradiente para el ensamblaje del gránulo P.
Por lo tanto, esto está en el eje X, tenemos la posición a lo largo del anterior-posterior.
Bueno, el eje X está aquí abajo.
Y por el otro tenemos la intensidad.
La línea de puntos es la línea sobre la que el crecimiento neto tiende a ser más de 0.
Así que, ellos no... ellos tienden a crecer.
Así que cada punto es un promedio de muchos gránulos P diferentes
que, o bien tienden a crecer o tienden a disminuir, pero el neto...
lo que llamamos el ensamblaje neto supera este punto, alrededor del 0,6 del eje celular.
De hecho, podemos hacer un bonito gráfico dinámico
donde tomamos gráficas durante los diferentes puntos del ciclo celular
y miramos el crecimiento, y vemos que el crecimiento y la contracción cambian
a través del embrión, a través del tiempo.
Uds. ven la forma en que el gráfico...todos están disminuyendo al principio
y ahora, a medida que avanza en el ciclo celular, algunos en la parte posterior tienden a crecer.
Así que el montaje/desmontaje de los gránulos P cambia con el tiempo.
Cambia espacialmente y por eso los gránulos P se forman en la parte posterior.
Por lo tanto, podemos concluir a partir de lo que hemos hecho hasta ahora
que los gránulos P se separan por un gradiente de montaje/desmontaje,
donde la disolución se ve favorecida en la parte anterior y la formación se ve favorecida en la posterior.
Entonces Uds. pueden hacer una pregunta, ¿no? Como biólogos, siempre es importante pensar en una pregunta.
Y la pregunta que salió de ese estudio fue
¿por qué los gránulos P se forman en la parte posterior?
Porque se segregan por eso y de esa forma.
Si entendemos esto, podemos entender cómo estos gránulos
terminan en la parte posterior del embrión.
El avance en este proyecto surgió en Woods Hole.
Woods Hole es una estación marina muy vieja
que todos los años organiza cursos de verano, y puedo recomendar
estos cursos con toda seguridad a cualquiera que esté interesado
en tratar de entender los problemas de la fisiología celular,
y también hay otros cursos en embriología.
Todos los años...enseñé ese curso durante cinco años.
Cada año, yo iba por un par de semanas en el verano.
Tenía a 10 estudiantes muy motivados que querían hacer algo interesante
y había que pensar en diferentes proyectos que ellos podrían hacer.
Y un año, Cliff, que había participado en el curso,
decidió venir a impartir el curso y examinar
los detalles del ensamblaje de los gránulos P.
Lo que descubrimos es que los gránulos P tienen las características de gotas que parecen líquidas.
Les voy a enseñar algunas películas que ilustran lo que quiero decir con eso.
Así que miren este pequeño gránulo P aquí, cómo se acerca a este gránulo grande,
cómo es succionado y se fusiona.
Como dos gotas que se unen.
Aquí hay otro gránulo P. Miren a los dos encontrándose y fusionándose
como dos gotas.
Mírenlos apretándose y haciendo una gotita, como si tuviéramos dos gotas de líquido.
Así que a partir de eso pensamos, sí, parece que tienen propiedades similares a un líquido.
Por eso, queremos hacer otros experimentos, como disecarlos de su
contexto endógeno, poner una especie barrerra de flujo, y ahora lo que se puede ver
es que parecen estar goteando, al igual que la miel que gotea de la cuchara en el desayuno.
Así, mírenlos goteando. Imagínense que tienen miel en una cuchara,
goteando. Están goteando de los lados de los núcleos, al igual que
un líquido muy viscoso.
Una serie de cosas diferentes que hicimos sugirimos que efectivamente
se comportan como gotas líquidas. Primero que todo, son esféricos.
Resulta que es muy difícil ser una esfera a menos que se tenga algo llamado tensión superficial,
que es una propiedad de los líquidos.
Uds. pueden buscar en Wikipedia y aprender más sobre la tensión superficial allí,
pero se puede ver que es una propiedad clave de los líquidos.
La otra cosa que hacen es que tienden a mojar cuando se unen al núcleo.
Por lo tanto, si piensas en una gota y tomas una gota de cualquier líquido,
como un líquido viscoso, y la pones en una superficie,
la gota tiende a mojar la superficie.
A menos que se tomen medidas para que no moje, como poner algún tipo de superficie sobre la gota.
Lo otro es que pueden formarse y fusionarse esferas más grandes.
Todas éstas son características del estado en que los gránulos P
se encuentran, es un estado semi-líquido.
Ahora, ¿qué significa eso, ser un líquido?
Es muy confuso hablar de eso, en primer lugar. ¿Y qué significa ser líquido?
Bueno, ¿qué significa ser sólido? Primero vamos a pensar en un sólido.
Si eres es un sólido, puede volver una y otra vez,
y los aminoácidos o los átomos estarán siempre en el mismo lugar que antes.
Puedes hacer un cristal, por supuesto, pero puedes tomar un microtúbulo
o un centríolo y hacer cualquier tipo de biología estructural; los componentes
siempre estarán en el mismo lugar una y otra vez.
Para un líquido, eso no es cierto.
Los contenidos internos de un líquido se mueven muy rápido.
Así, durante las escalas de tiempo que nos interesan
(minutos), el contenido de estos líquidos continuamente se reorganiza,
mientras que los sólidos no lo hacen.
La mejor analogía que conozco para pensar la diferencia
es pensar en una escuela. Cuando los niños están en la sala de clases, todos están
sentados en sus sillas, por lo que sabemos, una y otra vez,
que Johnny estará en esta silla y Jackie estará en esa otra silla.
Entonces, eso es algo que se puede predecir, dónde van a estar.
El estado parecido al líquido es más como el recreo,
donde los niños están corriendo. Sabes que están en en alguna parte del patio de recreo,
pero nunca se puede predecir exactamente dónde van a estar.
Y eso es lo que llamamos el estado cuasi-líquido.
Esto también define el tema de que la escala de tiempo es muy importante
porque, por supuesto, si nos fijamos en el patio de recreo durante milisegundos,
los niños también están siempre en el mismo lugar.
Por lo tanto, estamos hablando de escalas de tiempo en muchos, muchos, minutos
y ahí las cosas ya no están en el mismo lugar.
Entonces, eso es un problema para nosotros, por supuesto,
como biólogos, ya que todas las técnicas que se han construído hasta
los últimos 50 años dependen de que las moléculas estén en el mismo lugar una y otra vez.
Dependen de una serie de interacciones y dependen de la capacidad de hacer un promedio
para comprender los mecanismos moleculares.
Entonces, ése es un problema, que no podemos utilizar las técnicas habituales para pensar en cómo se forman los líquidos.
Otra cosa interesante acerca de los líquidos
es que pasan por transiciones de fase.
Ahora, ¿qué es una transición de fase?
Bueno, hay algunos ejemplos muy simples de las transiciones de fase en la naturaleza.
Por ejemplo, pensemos en el vapor del agua.
Digamos que hiciste el siguiente experimento,
y puedes hacer esto en tu propia casa.
Tomas el vapor de agua y lo tienes en una cámara caliente.
Si se enfríe, el vapor del agua se condensa en gotas pequeñas.
Eso es porque el punto de saturación del agua cambia según la temperatura.
Así que a una temperatura fría, se vuelve saturada
y se condensa en gotas de agua hacia abajo.
Eso es exactamente como veríamos, por ejemplo, en un día frío.
Cuando exhalamos, el aire...tu aire caliente se condensa en el
aire frío que está afuera.
Las transiciones de fase son interesantes porque son una manera simple de concentrar mezclas complejas
de los reactivos. Y una manera, por ejemplo, de eso,
es hacer una separación de alcohol/cloroformo.
El alcohol va en la capa de agua porque tiene grupos de hidroxilo...alcoholes simples.
Lo interesante es saber qué reglas se pueden utilizar en los sistemas biológicos.
Porque las reglas simples pueden conducir a organizaciones complejas.
Una gran manera de concentrar, por ejemplo, 50 componentes diferentes
en una cosa compleja es el gránulo P.
Eso va a ser esencial para el futuro, describir estas reglas a un nivel molecular.
Podemos preguntarnos entonces por qué los gránulos P se forman en la parte posterior.
Si pensamos que se trata de una transición de fase, ¿por qué experimentan esta transición de fase
en el posterior del embrión?
Resulta que hay una serie de asimetrías bioquímicas subyacentes
que son realmente hermosas
y son problemas hermosos para estudiar también desde el punto de vista físico.
Hay que colocar la corteza en dos dominios.
Es un problema muy interesante, el de establecer la asimetría cortical.
Esta asimetría cortical entonces contribuye a formar
gradientes intermedios solubles de esta proteína llamada MEX-5.
Se cree que MEX-5 inhibe la formación de gránulos P en la parte anterior.
Entonces, ¿cómo funciona eso? Bueno, vamos a volver y mirar nuestro sistema dinámico
y preguntar cómo MEX-5 inhibe la formación de gránulos P.
Así que aquí hay una ampliación de MEX-5. Uds. pueden ver una imagen más grande y se puede ver
el gradiente de MEX-5. Es alta en la parte anterior y baja en la parte posterior.
Los gránulos P se forman donde MEX-5 es baja.
Ahora, echemos un vistazo a la intensidad de la fluorescencia. Lo que se ve en este gráfico
es muy interesante: Uds. pueden ver en color azul
la intensidad de los gránulos P - el gradiente que les mostré antes en la charla.
Pero miren a MEX-5 - es opuesta al gradiente del gránulo P.
Entonces, eso es muy interesante. Puesto que tienen gradientes opuestos, eso nos podría sugerir
que efectivamente los gránulosP crecen más lentamente en el anterior
porque la concentración de MEX-5 es alta.
Si realizamos un experimento mutante, donde sometemos MEX-5 al ARNi o lo eliminamos de la célula,
pasa algo muy interesante,
cuando hacemos un experimento en el que se quita la función de MEX-5
de la célula. Se ve el tipo salvaje que les mostré antes,
donde hay un gradiente de ensamblaje en todo el embrión.
Ahora, miren la línea roja, que son mutantes de MEX-5.
Son uniformemente dinámicos a través de todo el embrión
porque están creciendo... la tendencia neta a crecer es demasiado lenta para que crezcan en realidad
en cualquier lugar en el embrión. Están creciendo un poco más lento en la parte posterior del tipo salvaje,
así que no hay un aumento neto en la cantidad de gránulos P, pero miren el
anterior. Miren el anterior aquí.
En realidad tienden a crecer más que el tipo salvaje.
Por lo tanto, esto sugiere que de alguna manera MEX-5 suprime el crecimiento de los gránulos P aquí,
de tipo salvaje. Si la sacamos, ahora puede crecer más rápido.
Pero eso de alguna forma previene el crecimiento de gránulos P en el posterior, alrededor de aquí.
¿Cómo podría funcionar?
Realmente no lo entendemos, pero vamos a volver y darles algunas ideas
basadas en la analogía de las transiciones de fase en los líquidos.
Volvamos a nuestro experimento original--de nuevo, es un experimento que se podría hacer
en cualquier aula y es dejar que el agua se segregue
por transición de fase.
Por lo tanto, tomen un vapor de agua y enfríenlo.
Se condensa por toda la diapositiva. Sin embargo, podemos separar el vapor de agua
a un extremo de esa cámara al colocar un gradiente de temperatura.
Así, en lugar de hacer este experimento, hacemos un experimento diferente,
que es que crea una cámara con agua caliente en un extremo y con agua fría en el otro.
Cuando lo hacemos, lo que pasa es que todo el vapor del agua termina en un extremo de la cámara,
aquí abajo. Eso se debe a que el agua tiende a condensarse en el extremo frío
y a continuación se reduce la cantidad de vapor soluble...hay vapor de agua
alrededor del agua condensada.
Ahora, hay un proceso conocido como flujo difusivo,
que es una propiedad básica de la difusión, la cual siempre tiende a igualar la concentración
de componentes de difusión rápida.
Entonces, por supuesto, la concentración de vapor de agua se iguala.
Cualquier cosa en el lado frío también va más en gotas de agua,
no hay flujo difusivo, así que lentamente todo el vapor de agua desaparece
de la cámara y termina en el vapor de agua condensado.
Así que ahí estamos, hemos utilizado las transiciones de fase y un gradiente de temperatura
para segregar un vapor de agua.
Ahora,volvamos y pensémoslo para los gránulos P.
Lo que creemos es que los gránulos P se condensan en la parte posterior por razones similares.
No porque hay un gradiente de temperatura, por supuesto,
dado que no hay ningún cambio de temperatura - están creciendo a una temperatura uniforme.
Pero, más bien, porque hay un punto de saturación que es establecido
por las proteínas de gradiente de polaridad, tales como MEX-5.
Así que se cambia la tendencia de los componentes de saturarse en el posterior,
pero todavía están contentos con quedar como componentes individuales en la parte anterior.
Hay pruebas de eso cuando miramos el embrión
porque en realidad vemos la cantidad de componentes solubles.
En el lado izquierdo tengo el verde, que muestra la concentración
de los distintos componentes de los gránulos P que no están en los gránulos P.
Miren cómo, mientras se forman los gránulos P,
están siendo sacados del citoplasma, por lo que todos terminan en los gránulos P.
Presumiblemente, mientras los componentes granulares P se forman en la parte posterior,
el flujo difusivo iguala la concentración.
Si hacemos estudios de fotoblanqueamiento, estos gránulos P se dan vuelta muy, muy rápido.
Están difundiéndose lo suficientemente rápido y luego, lentamente, todos terminan en la parte posterior.
Si volvemos y hacemos la pregunta final,
¿por qué los gránulos P se forman en la parte posterior?,
lo que diríamos de eso es que los gránulos P se segregan
porque la velocidad de difusión de la fase líquida
es más lenta que la velocidad de difusión de la fase disuelta.
Los componentes individuales, que no están en los gránulos P, se difunden muy rápido,
y se pueden difundir en el embrión por flujo de difusión.
Los gránulos P se difunden muy lentamente,
así que una vez que se forman, tienden a quedarse donde están
y por lo tanto se termina con la mayoría de los componentes granulares P en los gránulos P,
en la parte posterior, donde el embrión los quiere tener.
Menciono esto para ilustrar cómo podemos utilizar el pensamiento de la química física...
toda la química física que han hecho en la universidad
se puede utilizar para pensar en estos problemas complejos del ensamblaje biológico.
El trabajo que he descrito hoy es sólo el comienzo
y obviamente nos faltan mecanismos moleculares,
pero esto demuestra lo poderosas que son estas ideas de la química física
para organizar el citoplasma de la célula
en esta escala de 100 nanómetros, de 1 a 2 micrones,
que ha sido tan difícil de entender.
Espero que en el futuro esta forma de pensar sea muy útil
para pensar en otra organización de otros compartimentos en las células.
Esto también muestra por qué vale la pena concentrarse en la química en la universidad.
Y lo que realmente me gustaría decir también
es que esta idea de utilizar la química física para pensar en las células
no es nueva en absoluto. Si nos remontamos a E. B. Wilson,
E. B. Wilson escribió un libro muy famoso llamado "La célula, el desarrollo y la herencia".
El volumen final es de los años 20.
Se resume todo el conocimiento de los grandes biólogos celulares del principio del siglo.
Este fue el campo muy fértil en esos días.
Él resumió en este libro de texto clásico básicamente todo lo que sabíamos,
y era la Biblia para nosotros que empezamos a trabajar en estos problemas 80 años después.
Gran parte del libro, por ejemplo, era en alemán e inaccesible para muchas personas.
Pero por supuesto, él también era un científico activo
y aquí hay un artículo que publicó en Science en 1899,
titulado "El citoplasma es una emulsión líquida coloidal".
Por lo tanto, estas ideas de la química física existían hace 100 años.
Las ideas de los coloides y la química física eran de gran actualidad en ese momento
y la gente pensaba que podría ser útil para entender cómo funciona el citoplasma.
Ahora, el problema era que no había moléculas en aquel entonces, por lo que el campo no avanzaba realmente,
como sucede a menudo. Los campos llegan a una determinada fase y luego se detienen, y no se puede hacer ningún avance.
Si vemos una breve historia de la biología del siglo 20...
Uds. pueden pensar en ello, estamos en la primera mitad del siglo 20
y el final del siglo 19...la gente pensaba acerca de la química física del citoplasma,
sin conocimiento de las moléculas.
Luego, vino la idea de que tenemos que entender estos problemas en una base molecular.
Y comenzó este gran desafío de catalogar y entender las moléculas de la célula,
que tenía la secuenciación del ADN, como mencioné en mi introducción.
Luego, la interferencia de ARN realmente ha sido una manera de hacer análisis de alto rendimiento
de la función molecular en eucariotes complejos.
Hay otras técnicas genéticas de alto rendimiento en sistemas más simples.
La proteómica definió la manera en que se organizan en complejos.
Ese triunfo de la humanidad seguramente se verá, mirando hacia atrás en un par de años,
el triunfo que fue catalogar las moléculas en la célula en 30 o 40 años.
Por supuesto, no nos ha dicho nada...
bueno, nos dijo algo, pero no nos ha dicho mucho
acerca de cómo la célula realmente está organizada.
Y me atrevería a afirmar que tiene sentido ahora volver con nuestro conocimiento de la biología molecular
y el catálogo y utilizar las ideas de química física
y unir estas dos ideas para tratar de entender cómo la célula se organiza
para realizar sus funciones múltiples y complejas.
Todo se debe a la química. Originalmente, éramos química.
La formación inicial de la vida salió, casi con toda seguridad, de
la formación de complejos componentes químicos básicos,
así que tiene sentido usar la química para pensar en cómo la célula se organiza
porque ésa habría sido su base original.
Voy a terminar con un resumen de los tres temas que hablé con Uds. hoy día.
Y sólo para mostrarles, como mencioné al principio de la charla,
que tienen que usar diferentes maneras de pensar las cosas
a escalas de longitud y organizaciones diferentes.
Por lo tanto, cuando pensamos en los microtúbulos, pensamos en ellos como polímeros.
Ellos crecen y se contraen.
Cuando pensamos en los centríolos, pensamos más en este mecanismo similar a un virus,
donde pisas en diferentes etapas del montaje.
Porque...piensen en ellos como complejos moleculares, pero tienen los estados intermedios.
Finalmente, este otro nivel del que hablamos son los estados cuasi-líquidos,
donde tenemos que pensar en diferentes tipos de teorías.
Uds. tienen que pensar sobre la química de los líquidos para entender cómo funcionan.
Eso ilustra, creo, lo que es tan maravilloso de ser un biólogo
en la era moderna, que podemos tomar todas estas diferentes técnicas,
y todas estas diferentes teorías.
Podemos traer la física, podemos traer la química,
y tratar de utilizarlos para entender estos problemas innumerables y complejos
con los que nos enfrentamos cada día que miramos la célula.4