Se trata del proyecto titulado “Redes Globales para el Fortalecimiento de la Biología Estructural en Chile”, de los profesores Víctor Castro, académico de la Facultad de Ciencias como investigador responsable, y Jorge Toledo, director científico de la Red de Equipamiento Científico Avanzado (REDECA) de la Facultad de Medicina, como investigador asociado, quienes se adjudicaron el Fondo Fomento a la Vinculación Internacional 2024 de ANID.
Este fondo tiene como objetivo fortalecer la base científica y tecnológica del país, promoviendo alianzas internacionales que permitan dar a conocer el desarrollo de la investigación que se realiza en Chile, y a su vez, apoyar la participación de científicos y científicas en investigación de frontera que se lleva a cabo en el mundo.
En ese sentido, el proyecto de los profesores Castro y Toledo busca “crear una red internacional de colaboración en biología estructural que fortalezca la investigación, formación y cooperación entre instituciones chilenas y extranjeras, potenciando las investigaciones actuales, y abriendo nuevas puertas a investigaciones de frontera”, explicó el profesor Víctor Castro.
Un salto tecnológico hacia la criomicroscopía electrónica
En la búsqueda de generar esta red internacional de colaboración, uno de los objetivos de la iniciativa es “consolidar las colaboraciones existentes entre la red de investigadores chilenos que forman parte del Centro de Biología Estructural del Mercosur (CEBEM), con instituciones de América Latina, en particular con la Universidad de São Paulo, Brasil, y el Instituto Pasteur de Montevideo, Uruguay”, explicó el profesor Víctor Castro. Además, el proyecto busca que estas relaciones también se expandan hacia Europa, especialmente al Reino Unido.
Los investigadores chilenos que forman parte del CEBEM se especializan en biología estructural, enfocándose principalmente en la determinación de estructuras de proteínas y macromoléculas a nivel atómico mediante la utilización de cristalografía de rayos X. “Esta metodología es ampliamente conocida, ya que fue la técnica que permitió determinar la estructura del ADN”, explicó el profesor Castro.
Sin embargo, aunque sigue siendo una metodología ampliamente utilizada, desde 2017 han surgido tecnologías aún más avanzadas para el estudio de la biología estructural. Una de las más destacadas es la criomicroscopía electrónica (cryo-EM), técnica revolucionaria que permite observar estructuras macromoleculares con alta resolución.
La criomicroscopía electrónica es una técnica avanzada que usa un microscopio electrónico para estudiar muestras biológicas congeladas rápidamente a temperaturas muy bajas (alrededor de -196 °C). Este proceso, llamado vitrificación, conserva la estructura natural de las muestras, como proteínas, virus o células, permitiendo observarlas en un estado cercano al real y sin los daños que pueden causar otras técnicas más tradicionales.
Algunas de las aplicaciones médicas destacadas de esta técnica son el estudio de virus y diseño de vacunas; estudio de enfermedades neurodegenerativas; el desarrollo de nuevos fármacos; y el estudio de estructuras de complejos macromoleculares.
El profesor Víctor Castro señaló que: “Actualmente, en Chile no somos capaces de utilizar la criomicroscopía electrónica como lo hacemos con la cristalografía de rayos X. Es por eso que, justamente, uno de los principales objetivos del proyecto es implementar esta nueva tecnología en el país”, afirmó.
Para implementar esta metodología, es necesario contar con un microscopio electrónico de transmisión. En este contexto, REDECA desempeña un papel clave: “Nosotros, como REDECA, junto al Instituto de Ciencias Biomédicas de la Facultad de Medicina (ICBM), recientemente adjudicamos, a través de un Fondo de Equipamiento Científico y Tecnológico Mayor (Fondequip), un microscopio electrónico de transmisión, que será fundamental para desarrollar esta tecnología en Chile. Actualmente, no contamos con la capacidad para realizar criomicroscopía electrónica, pero este proyecto busca entrenar a estudiantes y académicos para transformar esa realidad”, explicó el profesor Jorge Toledo.
Capacitación y colaboración internacional
Para implementar de manera efectiva el uso de la criomicroscopía electrónica en Chile, el proyecto incluye tres hitos principales. El primero de ellos consiste en la capacitación y entrenamiento de profesionales en el uso de esta tecnología: “Una vez que el microscopio electrónico de transmisión esté instalado en REDECA, el proyecto contempla la visita de investigadores del Laboratorio Nacional de Nanotecnología de Brasil, quienes ya utilizan esta metodología en sus investigaciones. Durante su estancia en Chile, ellos capacitarán a un grupo de académicos de nuestra red nacional, además de estudiantes de pre y posgrado, para que podamos comenzar a usar esta tecnología de forma más rutinaria”, explicó el profesor Víctor Castro.
El segundo hito del proyecto es la organización en Chile del Workshop Internacional CCP4, un evento de gran relevancia internacional que se llevará a cabo a finales de 2025 y contará con la participación de destacados investigadores del Reino Unido: “Esperamos organizar este workshop, que estará orientado a entrenar a estudiantes en la resolución de problemas complejos relacionados con la determinación de estructuras de proteínas”, explicó el profesor Víctor Castro.
Este taller, organizado a nivel mundial por el Collaborative Computational Project Number 4 (CCP4), un consorcio británico que desarrolla software especializado en el análisis de estructuras macromoleculares se centrará en dos metodologías principales: la cristalografía de rayos X y la criomicroscopía electrónica. “Son técnicas complejas, por lo que el curso combinará un enfoque teórico con actividades prácticas sobre el tratamiento de datos. Esto permitirá aprender cómo, a partir de los datos obtenidos con los instrumentos, podemos determinar la estructura atómica de las proteínas”, detalló el profesor Castro.
Además, el workshop, que también cuenta con el respaldo de importantes iniciativas internacionales como CCP4 y CCPEM del Reino Unido, CEBEM del Mercosur y socios en Brasil, Uruguay, Tailandia y Estados Unidos, solo se ha realizado en dos ocasiones en nuestra región: “En Latinoamérica, estos cursos solo se han llevado a cabo en Brasil y Uruguay. Nuestros colegas de esos países siempre nos decían: «Oye, ustedes en Chile deberían organizar este curso algún día», y justamente este proyecto busca hacerlo realidad”, comentó el profesor Víctor Castro.
Respecto de lo mismo, subrayó la importancia de este evento: “La idea es que Chile se convierta en un centro mundial para estas metodologías, atrayendo a participantes de todo el mundo. Lo especial de estos workshops es que los mismos desarrolladores de los programas vienen a enseñar su uso, lo que brinda una oportunidad única para aprender directamente de los expertos”, concluyó.
Finalmente, como tercer hito, el proyecto busca fortalecer la conexión de nuestro país con el acelerador de partículas Diamond Light Source en el Reino Unido, que es un sincrotrón: “Estos aceleradores de partículas son esenciales para obtener datos en cristalografía de rayos X. Actualmente, trabajamos con los sincrotrones de Brasil y Estados Unidos, pero este vínculo con Diamond expandirá nuestras capacidades y permitirá realizar análisis de forma remota, gracias a su sistema robotizado”, concluyó el profesor Víctor Castro.
Fortaleciendo redes nacionales e internacionales
En línea con uno de los principales objetivos del fondo adjudicado, que es fortalecer la colaboración nacional e internacional, el profesor Víctor Castro señaló que: “A nivel nacional, el proyecto conectará a investigadores de la Universidad de Concepción, la Universidad Mayor, la Universidad Autónoma y la Universidad de Chile, aprovechando equipos avanzados de cristalización y microscopía electrónica para desarrollar iniciativas conjuntas tanto dentro de Chile como con la red internacional”.
En el plano internacional, este proyecto generará conexiones con grandes infraestructuras científicas como el Science and Technology Facilities Council (STFC) (al que pertenecen las unidades CCP4 y CCPEM) y el Diamond Light Source (DLS), ambos del Reino Unido; el Instituto de Física de São Carlos (IFSC), perteneciente a la Universidad de São Paulo (USP), Brasil; el Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LNNano) - CNPEM de Brasil; el Instituto Pasteur de Montevideo (IP-Montevideo), Uruguay; el MRC Laboratory of Molecular Biology (MRC LMB), del Reino Unido; y la King Mongkut’s University of Technology Thonburi (KMUTT) de Tailandia.
Al respecto, el profesor Jorge Toledo destacó la importancia de esta iniciativa, señalando que: “Esperamos que, con la llegada del nuevo microscopio electrónico de transmisión a REDECA y el entrenamiento de profesionales, que será posible gracias a este fondo, Chile logre consolidarse como un centro regional de excelencia en criomicroscopía electrónica”. Asimismo, subrayó que “este avance abrirá nuevas oportunidades para el desarrollo científico y tecnológico del país”.
Próximos pasos y expectativas
El proyecto iniciará formalmente en enero de 2025, y el microscopio electrónico estará operativo en julio del mismo año. Durante este tiempo, se entrenará a equipos académicos y estudiantiles para maximizar el impacto de esta tecnología: “Determinar estructuras de proteínas es esencial para avanzar en diversas áreas, desde la ciencia básica hasta la industria y la medicina. Este proyecto posicionará a Chile como un actor clave en colaboraciones internacionales”, comentó profesor Víctor Castro.
Sobre las proyecciones, el académico de la Facultad de Ciencias mencionó que, a largo plazo, “lo que queremos lograr es establecer en Chile un centro de mediana complejidad para el análisis de muestras mediante criomicroscopía electrónica. Esta estrategia busca fortalecer la capacidad de los países miembros de la red para llevar a cabo análisis avanzados en esta área, promoviendo la colaboración y el desarrollo regional en biología estructural”, concluyó.
Con este paso, Chile se proyecta como un líder regional en Biología Estructural, con enfoque en la colaboración, el desarrollo tecnológico y el fortalecimiento de las capacidades científicas locales e internacionales.