La nueva técnica de imágenes de rayos X impulsa la investigación estructural
Un grupo internacional de científicos ha utilizado por primera vez la nueva técnica de imágenes de rayos X denominada «imaginería por difracción de destello». Se espera que, al ofrecer a los investigadores la posibilidad de obtener imágenes de resolución nanométrica de virus, células e incluso proteínas, el método revolucione la investigación estructural del mañana. El estudio, financiado parcialmente con cargo al VI Programa Marco de la UE, aparece publicado en la última edición en línea de la revista «Nature Physics». Hasta ahora, los experimentos con imágenes de rayos X presentaban un inconveniente: la muestra era destruida por la misma radiación empleada en la creación de imágenes. «Pues bien, existe una manera de evitar el problema», afirma el profesor Janos Hajdu, de la Universidad de Uppsala, uno de los autores del estudio. «Obteniendo la imagen antes que se produzca el daño». La teoría predecía la posibilidad de grabar un modelo único de difracción a partir de una gran macromolécula, virus o célula, mediante la emisión de un pulso de radiación muy luminoso y extremadamente corto. «Sin embargo, aún quedaban por resolver dos interrogantes fundamentales», comenta el profesor Hajdu. «¿Es posible grabar una imagen interpretable a partir de un único pulso de láser de electrones libres antes de que los rayos X conviertan la muestra en plasma? Y ¿de verdad contiene el modelo de difracción información estructural del objeto antes de su destrucción?» Las simulaciones informáticas habían apuntado a la posibilidad de captar una estructura de resolución casi atómica mediante la selección atinada de la longitud e intensidad del pulso de radiación antes de producirse la destrucción de la muestra. Los investigadores, ensayando la teoría, utilizaron el láser de electrones libres de rayos X blandos FLASH instalado en DESY, el sincrotrón de electrones alemán. «FLASH, único láser de rayos X blandos capaz de proporcionar pulsos coherentes y extremadamente brillantes con una duración no superior a 25 femtosegundos, constituye la primera fuente de radiación que hace posibles éstos y otros experimentos válidos», ha declarado el profesor Jochen Schneider, director de investigación de DESY. «A los esfuerzos pioneros de DESY se puede atribuir la disponibilidad de FLASH, primera instalación de usuario en este campo, para la comunidad científica en general». El experimento consistió en dirigir un intenso pulso de láser de electrones libres con una longitud de onda de 32 nanómetros y una duración de tan sólo 25 femtosegundos hacia la muestra, esto es, una imagen de tres micrómetros de dos figuras paseando bajo el Sol, recortada y colocada por haz iónico en una membrana delgada. La energía del láser enseguida elevó la temperatura de la muestra a unos 60.000 grados Kelvin, causando la vaporización y destrucción del material, pero no antes de que los científicos pudieran captar un modelo de difracción. A continuación, los algoritmos computaciones se encargaron de traducir el modelo en la imagen original. La imagen obtenida durante el experimento con rayos X blandos presentó una resolución de 62 nanómetros. Actualmente, los científicos estudian el potencial de los llamados rayos X duros, con longitudes de onda mucho más cortas. Afirman en sus conclusiones que, de llevarse a cabo con un láser de electrones libres de rayos X duros con una longitud de onda de 15 nanómetros, el experimento generaría una resolución de 0,3 nanómetros. Los científicos señalan, asimismo, que la técnica permitirá el estudio estructural de un número de proteínas impensable en la actualidad al no requerir cristalización de la muestra; y es que muchas biomoléculas resisten la cristalización. «Los socios están entusiasmados con los resultados obtenidos», comenta el profesor Hajdu. «La imaginería por destello revolucionará el estudio de las estructuras moleculares en biología. La combinación inédita de la biología, la física atómica, la física de plasmas y la astrofísica está formando una comunidad científica en torno a la consecución de estos objetivos». Ahora bien, los científicos tendrán que esperar hasta poder probar la nueva técnica con rayos X duros, ya que las instalaciones de generación de esta radiación están en construcción. La «Linac Coherent Light Source» (LCLS, o fuente de luz coherente de linac) del Centro de Acelerador Lineal de Stanford (Estados Unidos), se estrenará en 2009. En 2007, empezarán, en Hamburgo, las obras del Láser europeo de electrones libres de rayos X (XFEL). Esta herramienta, que, según el calendario previsto, se pondrá en servicio en 2013, ocupa un lugar destacado en la recién publicada Hoja de ruta europea para las infraestructuras de investigación.
Países
Alemania, Suecia, Estados Unidos