Tiselius y la electroforesis: un breve repaso histórico.

Para inaugurar la sección de Historia de la Ciencia, voy a dedicarle una entrada del blog a Arne Wilhelm Kaurin Tiselius, considerado el padre de la electroforesis, técnica de separación de partículas, ampliamente conocida por todos los que se dedican al trabajo en el laboratorio.Arne Tiselius

El término de electroforesis proviene de dos palabras griegas, elektro que significa electricidad y phoros que significa movimiento. Se trata de una técnica de separación de partículas basada en la velocidad diferencial de migración que se observa en las partículas cargas, neutras o pasivas dispuestas en un medio acuoso, debido a la atracción y/o repulsión que sufren en un campo eléctrico.

Aunque sea Tiselius el verdadero protagonista de la entrada y padre de la técnica de la electroforesis, es de recibo reconocer el trabajo anterior realizado por numerosos científicos como Michael Faraday que fue el que postuló la “Ley de la electrolisis“, los experimentos realizados por el científico Ferdinand Reuss, Johann Wilhelm Hittorf , Walther Nernst y Friedrich Kohlrausch quienes trataban de dar una explicación al comportamiento de los pequeños iones, que se desplazan en soluciones acuosas bajo la influencia de un campo eléctrico, principio básico de la electroforesis. A destacar, la función de Kohlrausch, donde se describía el orden de migración electroforética y las concentraciones relativas de los iones en disolución, de importancia en los años posteriores para el análisis de iones de gran tamaño y/o proteínas. Sin embargo y a pesar de los grandes avances realizados, eran grandes los problemas e inconvenientes a la hora de abordar el tema de la separación de partículas. Es aquí donde entra en acción el protagonista de la entrada, Arne Tiselius.

Arne Tiselius, nacido el 10 agosto de 1902 en Estocolmo, era un estudiante del laboratorio de Theodor Svedberg en el Instituto Karolinska de Estocolmo. Es de esta forma como, gracias a una propuesta de su profesor y posterior jefe, como Tiselius entra en contacto con el estudio de la electroforesis. Svedberg, ante el éxito obtenido en sus trabajos sobre proteínas utilizando la técnica de la ultracentrifugación (lo que daría luego dio lugar a lo que conocemos como la S de las subunidades de las ribosomas), le propuso a Tiselius trabajar en la electroforesis de proteínas utilizando la técnica de frente móvil y los mismos medios de detección óptico empleados por Svedberg. Con todas estas permisas y los conocimientos sobre fotografía de estrías de August Toepler (complejo método de detección óptico), Tiselius realizó su tesis doctoral “El método de frente móvil en el estudio de electroforesis de proteínas” donde Tiselius trataba de presentar una nueva técnica que permitiría analizar las propiedades físico-químicas de estas moléculas entre otras. Sin embargo, la técnica presentaba inicialmente dos problemas:

– la convección térmica que se producía por el calentamiento térmico del aparato, que originaba una pérdida de resolución de los frentes de proteínas.

– la dificultad de aislamiento de las partículas que no tenían una velocidad de migración muy elevada.

Estos problemas se verían solucionados tras la estancia de post-doctorando de Tiselius en el laboratorio de S.A. Taylor en Princeton, donde entró en conversaciones con miembros del Instituto Rockefeller. A su vuelta, Tiselius mejoró la técnica con la introducción de una celda electroforética de sección rectangular en un recipiente con agua a 4ºC. Además se realizaron otros añadidos para hacer la técnica más reproducible siendo una de ellas, la adicción de una cámara que permitía el registro directo sobre una película fotográfica de las variaciones de los índices de refracción (proporcionales a los gradientes de concentración de las proteínas presentes en la celda electrofóretica).

Cortesía Juan Fernández Santarén

Aparecieron así los primeros aparatos de electroforesis denominados como Tiselius, en honor a su creador y financiados en su mayor parte por el Instituto Rockefeller. A pesar de ser aparatos enormes, difíciles de usar y caros, en los años 50 llegó a haber cientos de ellos en diversos laboratorios. Con todo ello, el método de electroforesis de frente móvil pasó a considerarse un método de análisis con una alta precisión. 

Así pues, el mismo Tiselius sería quién posteriormente, en colaboración con Anthony Kabat y Michael Heidelberger y utilizando la técnica del frente móvil en la electroforesis de proteínas, sería capaz determinar y purificar en 1937, los cuatro frentes móviles las proteínas del suero: la albúmina, la alfa-globulina, la beta-globulina y la gamma-globulina. También L.G. Longworth, del Instituto Rockefeller, pudo observar a través de esta técnica de separación, que además se distinguían diferencias de movilidad en las mismas proteínas entre personas sanas y personas enfermas, lo que supuso la apertura de una vía para el estudio molecular de ciertas enfermedades.

Debido a su gran contribución en el desarrollo de la técnica de electroforesis y por la importancia de su hallazgo sobre la naturaleza compleja de las proteínas del suero, Arne Tiselius recibió el Premio Nobel en 1948.

A pesar del bien merecido avance a nivel técnico realizado por Tiselius, la técnica de electroforesis de frente móvil tenía serias limitaciones: remezcla de los componentes por diferencias de densidad, difusión de las sustancias tras desconectar la corriente y otros problemas relacionados con el diseño de los tubos en forma de U. Esto haría que la técnica poco a poco fuera quedando en desuso, siendo sustituida, por orden cronológico, por los siguientes avances:

1950. La electroforesis de zona que utilizaban papel de filtro como soporte. El principal valedor de la técnica fue H. Svenson, díscipulo de Tiselius, pero sin embargo, la técnica tuvo un corto recorrido, ya que al igual que la de su predecesor, este avance de la electroforesis presentaba también grandes limitaciones (escasa resolución o evaporación de electrolito).

1959. La electroforesis en gel de poliacrilamida, siendo los principales valedores de esta técnica Raymond, Weintraub, Davis y Ornstein, aunque no debemos olvidar el trabajo realizado por Stellan Hjertén en la sombra.

1964. La electroforesis discontinua (usando tampones con valores de pH diferentes e iones de distinta movilidad para favorecer la concentración de las bandas y facilitar la separación posterior) por parte de Ornestein y Davis.

1967. La electroforesis SDS-PAGE o electroforesis en gel de poliacrilamida en dodecil-sulfato sódico, siendo los valedores Shapiro, Viñuela y Maizel. Con esta técnica se puede determinar en condiciones desnaturalizantes (inactivan la proteína) el tamaño molecular de las proteínas y determinar su grado de pureza. Es de las más habituales en el trabajo de rutina del laboratorio.

1970. El isoelectroenfoque, técnica de electroforesis basada en el principio del punto isoeléctrico de las proteínas. Iniciado por Tiselius en 1947 en sus estudios sobre la naturaleza de las proteínas del suero, sería finalmente demostrada por Svensson, científico también del Instituto Karolinska.

A día de hoy se han realizado numerosas mejores a nivel teórico y técnico, pero eso ya será objeto de estudio en otra ocasión.

Nos “leemos” en la próxima entrada!

TatianaDC

Fuentes:

Juan Fernández Santarén. “De la tesis doctoral de Tiselius a la proteómica: sesenta y cinco años de electroforesis de proteínas”. Arbor CLXXVII, 698 (Febrero 2004), 259-284 pp.   VALPUESTA, J.M. “A la búsqueda del secreto de la vida: Una breve historia de la Biología Molecular” Ed. Hélice.   http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1948/tiselius-bio.html

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