Fotografiando el sabor dulce: cómo la microscopía Cryo-EM revela los secretos de nuestro paladar

¿Alguna vez te has preguntado qué tienen en común el manjar, los calzones rotos y el kuchen? La respuesta está en esa sensación placentera y adictiva que provoca el dulzor en cada bocado. Estas experiencias sensoriales se inician en células especializadas de nuestra lengua, en una compleja interacción que ocurre entre moléculas de azúcares y el receptor del sabor dulce, el responsable de detectar este sabor.

Fue hace más de 20 años que diferentes laboratorios alrededor del mundo identificaron el receptor del sabor dulce utilizando una combinación de técnicas como la genética, ensayos en células aisladas y estudios de comportamiento en ratones. Estos estudios identificaron que un solo receptor dulce es capaz de reconocer diversos compuestos dulces que incluyen azúcares naturales, edulcorantes artificiales como la sucralosa o la estevia, entre otros compuestos azucarados.

Pero antes de continuar, es posible que te preguntes: ¿qué es un receptor? Un receptor es una proteína especializada que se ubica en las membranas de las células, cuya función depende de la interacción con moléculas denominadas ligandos que, al unirse al receptor, generan una señal biológica en la célula, la cual se transmite a través de nervios al cerebro. En el caso del receptor dulce, al unirse con la sacarosa, el azúcar de mesa, se envían señales neuronales a los centros integradores, donde se genera la percepción de la dulzura.

A pesar de que durante años se conocía la existencia y función del receptor del sabor dulce, aún quedaba un misterio fundamental por resolver: cómo se veía realmente. Saber su estructura era clave para entender cómo una misma proteína puede reconocer desde el azúcar de mesa hasta edulcorantes artificiales.

Sin embargo, observar algo tan pequeño no es tarea sencilla: el tamaño de estos receptores se encuentra en el orden de los nanómetros, es decir, son miles de veces más pequeños que una célula animal.

Recientemente, un grupo de científicos de la Universidad de Columbia capturó, por primera vez, la estructura completa del receptor humano que percibe el sabor dulce. Lo asombroso de este trabajo no es solo el hallazgo, sino cómo lo lograron: usando una técnica llamada microscopía crioelectrónica de una sola partícula (Cryo-EM).

Cryo-EM es una especie de “fotografía molecular” capaz de congelar en el tiempo moléculas individuales como las proteínas. Es una técnica avanzada de imagen que, en lugar de usar luz o lentes como un microscopio tradicional, utiliza haces de electrones y temperaturas ultrabajas para obtener imágenes de estructuras tridimensionales (3D) de moléculas y complejos biológicos congelados, a una resolución casi atómica.

Este proceso empieza por obtener la muestra purificada, es decir, lograr una concentración elevada de la misma proteína para colocarla en una rejilla especializada que se congela muy rápidamente, transformando el agua en hielo y causando la vitrificación (proceso que evita la formación de cristales en la muestra y su daño), preservando así la estructura nativa de la proteína. Posteriormente, se envían haces de electrones a la muestra, produciendo una serie de imágenes en 2D desde diferentes ángulos. Luego se emplean algoritmos especiales para construir un mapa de densidad 3D a partir de las imágenes obtenidas en 2D y así obtener una representación estructural tridimensional de la muestra, con una precisión que alcanza unos pocos ángstroms (un décimo de nanómetro).

Gracias a este método, el equipo liderado por Charles Zuker, científico chileno radicado en EE. UU., logró visualizar el receptor del gusto dulce, un complejo formado por dos proteínas llamadas TAS1R2 y TAS1R3. Estas proteínas trabajan juntas en las células gustativas de la lengua para detectar tanto azúcares naturales como edulcorantes artificiales, como la sucralosa o el aspartamo. Su estudio muestra exactamente cómo estas moléculas se unen al receptor y activan la señal que nuestro cerebro interpreta como “dulce”.

Pero más allá del gusto, este avance representa un hito en la biología estructural. Ver una proteína con Cryo-EM es observar las intimidades de cómo operan diferentes tipos de procesos que permiten la vida en la Tierra. Cada estructura resuelta permite entender mejor cómo funcionan las proteínas de membrana: desde los receptores que se encuentran en la lengua hasta los que regulan el latido del corazón o la comunicación entre neuronas.

En los últimos años, Cryo-EM ha revolucionado la forma en que la ciencia mira los procesos biológicos. Antes, obtener estructuras detalladas requería cristalizar las proteínas, un proceso largo y difícil. Hoy, con Cryo-EM, los investigadores pueden observar complejos biológicos tal como existen en su entorno más cercano a lo natural.

Este tipo de imágenes abre caminos prácticos: comprender cómo una molécula interactúa con otra puede guiar el diseño de nuevos medicamentos o edulcorantes más saludables. En el caso del receptor de lo dulce, ahora sabemos qué zonas son clave para reconocer los azúcares, lo que podría inspirar alternativas menos calóricas, pero igual de placenteras.

La Cryo-EM no solo nos muestra cómo se ve la vida a nivel microscópico; también nos recuerda que, incluso en algo tan cotidiano como tomar café con azúcar, existen interacciones moleculares que permiten estas combinaciones de sabores. En conclusión, cada imagen capturada por Cryo-EM es una fotografía de nuestra propia biología, de cómo estamos formados y cómo percibimos el mundo.

Artículo original: 

The structure of human sweetness.

*Este artículo surge del convenio con el Centro Interdisciplinario de Neurociencia de la Universidad de Valparaíso (CINV).