Biophysical Chemistry

Presentación xeral

Dentro deste grupo, os catedráticos de Química Física Mercedes Novo e Wajih Al-Soufi diriximos a unidade de investigación de Fluorescencia de Moléculas Individuais.

O noso principal obxectivo é ampliar os nosos coñecementos e comprensión da dinámica de asociación supramolecular e dos procesos de recoñecemento biomolecular ao nivel de moléculas individuais. Sobre a base da nosa experiencia en fluorescencia de moléculas individuais de moléculas con difusión libre, desenvolvemos un conxunto de técnicas e métodos que nos permiten determinar dinámicas supramoleculares e obter información cinética e estrutural que non é doadamente accesible mediante outras metodoloxías.

Aplicamos estas técnicas ao estudo de sistemas de interese biomédico e tecnolóxico, así como ao desenvolvemento de dispositivos de detección e cuantificación de ADN. O noso grupo foi pioneiro na aplicación da Espectroscopia de Correlación de Fluorescencia (FCS) e da Detección Multiparamétrica de Fluorescencia de Moléculas Individuais (SMD-MFD) ao estudo de sistemas supramoleculares con dinámica rápida.

Liñas de investigación

As nosas liñas de investigación baséanse nos tópicos que figuran deseguido:
Estudar a formación dos agregados temperás de beta-amiloides que actúan como axentes tóxicos na enfermidade de Alzhéimer.
Desenvolver marcadores fluorescentes para a detección cuantitativa de agregados de beta-amiloide.
Investigar a aplicación do noso modelo de concentracións para a agregación de surfactantes a outros procesos de auto-asociación de sistemas de interese biolóxico.
Busca de mecanismos xerais para describir a asociación de pequenas moléculas con ADN de dobre cadea.
Estudar as propiedades fotofísicas de ligandos de ADN co fin de determinar os procesos responsables do seu cambio de luminosidade ao unirse ao ADN e así poder mellorar as súas propiedades como marcadores.
O estudo de sistemas micelares como modelo de estudo de procesos de autoagregación e de sistemas supramoleculares ligando-receptor.
Colaborar con socios industriais no desenvolvemento de dispositivos de baixo custo que integren sensores para a detección de variables ambientais, detección óptica de sondas moleculares e microcontroladores para o control e a lectura de datos experimentais
Desenvolver kits de experimentación para o programa de divulgación XuvenCiencia.

PERSOAL

Prof. Dr. Wajih Al-Soufi
Profa. Dra. Mercedes Novo Rodríguez
Sara Illodo Brea, estudiante de doctorado
Diego Cora Calvo, estudiante de doctorado
Stella Hernández Faria de Moraes, estudiante de doctorado
Jesús Seijas Cerceda, estudiante de doctorado

RESULTADOS APLICADOS

O coñecemento acumulado no noso grupo sobre o proceso de agregación de amiloides e as dificultades técnicas do seu estudo leváronnos á publicación dun protocolo de traballo de bioloxía molecular no libro Protein Aggregation, dentro da serie Methods in Molecular Biology.
- A caracterización da agregación crítica de Aβ-40 en comparación directa coa de Aβ-42 e das mesturas de ámbolos dous amiloides é de grande interese científico. Os nosos resultados previos sobre Aβ-42 tiveron unha gran resonancia na comunidade científica e nos medios de comunicación
- Participación no proxecto de I+D+i Nanofluidetec (Detección rápida e automatizable para SARS-Cov-2 baseada en PCR, nanotecnoloxía e microfluídica). O proxecto Nanofluidetec permitiu crear e validar clinicamente un kit de extracción de ARN multivirus fabricado integramente en Galicia mediante tecnoloxía de nanopartículas magnéticas. En paralelo a este kit, desenvolveuse tamén un sistema de microfluídica en chip que integra a extracción, amplificación do ARN e a detección de fluorescencia, cuxo uso se automatizou cun dispositivo que combina o transporte magnético, o control de temperatura e a detección óptica do sinal. Este novo dispositivo automatizado para a diagnose rápida do SARS-COV-2 que combina nanotecnoloxía, amplificación isotérmica por bucle (LAMP) e microfluídica, está orientado ao seu emprego no punto de atención, o que implica unha vantaxe fronte aos métodos actuais de detección, dado que non precisa de persoal cualificado.
- O noso grupo desenvolveu un modelo para as concentracións de tensioactivo monomérico e micelizado en función da concentración total de surfactante. Este modelo de concentracións permite definir de forma obxectiva a concentración micelar crítica (cmc) do surfactante e obter valores precisos e ben definidos da mesma, así como outros parámetros característicos. O uso do modelo de concentracións evita o uso de procedementos gráficos altamente subxectivos, reduce as diferenzas metodolóxicas e, polo tanto, permite comparar directamente os resultados de diferentes técnicas experimentais e realizar análises globais. Este modelo tamén é aplicable a outros procesos de autoagregación coma proteínas ou polímeros

PRINCIPAIS CAPACIDADES/SERVIZOS

O Laboratorio de Espectroscopia dunha soa molécula do Grupo de Investigación en Biofísica e Química da Facultade de Ciencias (USC-Campus de Lugo) está completamente equipado para levar a cabo experimentos espectroscópicos e biofísicos. O equipo espectroscópico está instalado en salas escuras con aire acondicionado e mesas amortecedoras de vibracións.

Medidas de fluorescencia: Espectrómetro de fluorescencia para medidas en estado estacionario (FS5 Edinburgh Instruments), resoltas no tempo e de anisotropía (FL900 Edinburgh Instruments), con láseres de díodo pulsados de picosegundos e LEDs.

Detección dunha soa molécula: Espectroscopia de Correlación de Fluorescencia (FCS) e Detección Integrada de Fluorescencia en Refachos (BIFL) (equipo montado polo grupo, Microscopio Confocal Olympus IX71, dúas tarxetas contadoras SPC132 de Becker&Hickl con catro canles de detección e varios láseres de díodo pulsados acoplados a fibras) para o estudo de asociación supramolecular, determinación da estabilidade e da dinámica de asociación de sistemas ligando receptor. O FCS é unha poderosa técnica de moléculas individuais para o estudo da estabilidade e da dinámica de asociación de sistemas supramoleculares e, en particular, de complexos de inclusión ligando-receptor. Mediante o FCS pódese determinar a constante de equilibrio de asociación a partir da análise da variación do coeficiente de difusión da especie fluorescente, ligando o receptor, sen que sexa necesario que esta experimente un cambio nas súas propiedades fotofísicas. Tamén mediante o FCS é posible determinar as constantes de velocidade de asociación e de disociación do complexo ligando-receptor sempre que a intensidade de fluorescencia do ligando ou do receptor cambie coa complexación.

Outros equipos: Espectrofotómetro UV-Vis (Varian Cary 100). Equipamento para a purificación e preparación de mostras, especialmente adaptado para o FCS. Control de temperatura, mestura e centrifugación refrixerada. Material: Todo o material necesario para experimentos espectroscópicos e de molécula única con volumes de mostra pequenos, como microcubetas, micropipetas, consumibles desbotables, etc.

EQUIPOS SINGULARES ESPECIALMENTE RELEVANTES

O grupo conta con distintos equipos para realizar medidas relacionadas coa espectroscopia de fluorescencia e absorción:
- Varian Cary 100: Para medidas de absorción
- Un equipo de Espectroscopia de Correlación de Fluorescencia (FCS) montado polo grupo cun microscopio confocal Olympus IX71, dúas tarxetas contadoras SPC132 de Becker&Hickl con catro canles de detección e varios láseres de díodo pulsados acoplados á fibra.
- FS5 Edinburgh Instruments: Usado para medidas de estado estacionario e anisotropía.
- FL900 Edinburgh Instruments: Para medidas de tempos de vida.