Electroforesis, premios Nobel y laboratorios de criminalística

Experientia docet

Electroforesis

La electroforesis se emplea para caracterizar y preparar moléculas de interés biológico y químico. Cuando se aplica un campo eléctrico a una disolución las moléculas se separan en función de su carga eléctrica.

Fue Alexander Reuss el primero en realizar lo que retrospectivamente se considera la primera electroforesis en 1807. Colocó dos tubos de fondo abierto de vidrio llenos de agua en una loseta de arcilla húmeda, con mucho cuidado depositó arena en el fondo de cada tubo y conectó los tubos a una batería. El agua al final del tubo conectado al polo positivo de la batería se tornó lechosa conforme las partículas de arcilla migraban a través de la arena. Hermann von Helmholtz generalizaría las observaciones experimentales mediante una ecuación electroforética en 1879.

Dado que la electroforesis no alteraba relativamente los sistemas los investigadores comenzaron a usar la separación electroforética para moléculas grandes de interés biológico. Así, en 1900, William Bates Hardy determinó cuantitativamente la movilidad de proteínas separadas y en 1908 Karl Landsteiner separaba proteínas del suero sanguíneo.

Arne Tiselius
Arne Tiselius

Ya en los años veinte del siglo XX, Theodor Svedburg, inventor de la ultracentrifugadora, animó a su estudiante Arne Tiselius a mejorar las técnicas electroforéticas como tema de su tesis doctoral. Tras la obtención del doctorado en 1930, Tiselius a lo largo de las décadas siguientes transformó la electroforesis y el aparato en el que llevarla a cabo en una poderosa herramienta de análisis. Creó una cámara de enfriamiento que reducía las aberraciones debidas a las corrientes de convección en la disolución tampón, incorporó un sistema para visualizar los patrones de migración de las sustancias incoloras utilizando su refracción diferencial de la luz, y desarrolló un contraflujo al tampón para separar sustancias que de otra manera migrarían al fondo del tubo. Tiselius usó este aparato para describir los límites móviles correspondientes a la α-, β-, y γ-globulina en el suero sanguíneo. Recibió el premio Nobel de química de 1948 por su trabajo.

Para cuando recibió el premio la electroforesis zonal, que apareció en 1940, era casi más popular que el aparato de Tiselius. En la electroforesis zonal las moléculas migran a través de una matriz sólida, como el papel, permeada por un tampón. Esto afinaba los límites de separación de las sustancias reduciendo aún más los efectos de las corrientes de convección. Oliver Smithies introdujo el almidón como soporte en 1955 (recibiría el Nobel en 2007 por el desarrollo de una técnica genética). La baja absorción del gel de poliacrilamida, usado por primera vez por Samuel Raymond y Lester Weintraub en 1959, aumentó aún más la resolución. En 1961 Stellan Hjérten usó agarosa, creada por la eliminación del componente con azufre cargado del agar, como soporte.

Aparato simple de electroforesis en gel
Aparato simple de electroforesis en gel

En la electroforesis capilar los investigadores redujeron las corrientes de convección aún más mediante el uso de cámaras electroforéticas cada vez de menor diámetro. Los tubos pequeños disipan mejor el calor lo que proporciona una temperatura más uniforme en la cámara. Nuevas técnicas de visionado y detección permiten usar muestras minúsculas en este tipo de electroforesis.

La electroforesis se ha convertido en uno de los procedimientos de laboratorio más adaptables. Los investigadores actuales, por ejemplo, usan soportes de agarosa para separar cromosomas completos o poliacrilamida para separar ácidos nucleicos de tan solo unos nucleótidos de longitud. Las técnicas de detección y visualización permiten identificar copias individuales de genes, mientras que al mismo tiempo la robustez de los soportes sólidos permite separar grandes cantidades de producto. Muchos de los procedimientos empleados actualmente en biología molecular utilizan alguna forma de electroforesis. Esta adaptabilidad ha asegurado que casi todos los laboratorios interesados en el estudio de las proteínas o los ácidos nucleicos, por investigación fundamental o criminal, dispongan de varios tipos de aparatos de electroforesis.

En la serie Apparatus buscamos el origen y la evolución de instrumentos y técnicas que han marcado hitos en la historia de la ciencia.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Esta anotación participa en la XLVII Edición del Carnaval de Química, cuyo blog anfitrión es ::ZTFNews.

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