DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA ESTRUCTURAL
Humberto Fernández-Morán

Jefe del Departamento: Dr. Raúl Padrón
Sub-Jefe del Departamento:  Dr. Rodolfo Vargas

Inauguración
Fotos de grupo
LABORATORIO DE ESTRUCTURA MOLECULAR
LABORATORIO DE BIOLOGÍA ESTRUCTURAL
LABORATORIO DE BIOLOGIA MOLECULAR

Descripción del Departamento
El objetivo del Departamento de Biología Estructural (DBE) "Humberto Fernandez-Moran", creado por el IVIC el 28 de Agosto de 1997, es interpretar los fenómenos biológicos a un nivel molecular mediante un amplio rango de estudios de la estructura de proteínas, ácidos nucleicos, membranas, organelos y virus. Para ello se aborda el estudio desde el punto de vista estructural de arreglos supramoleculares en medios acuosos y de macromoléculas cristalizadas y en solución; utilizando técnicas como la crio-microscopía electrónica, el procesamiento digital de imágenes, la resonancia magnética nuclear, la difracción de rayos-X de pequeño ángulo y la cristalografía de rayos-X.

El objetivo final de nuestras investigaciones es comprender los procesos básicos de la vida, desde el punto de vista estructural y a una escala molecular, porque tal comprensión es esencial para enfrentar las enfermedades humanas. Nuestro principal interes es la investigación fundamental, y usamos los sistemas biológicos que sean mas adecuados para investigar cada fenómeno particular usando de ser necesario nuevas formas de experimentación.
También estamos envueltos directamente en tratar de comprender condiciones patológicas en humanos cuando nuestra experticia particular es aplicable. Dentro de los objetivos generales del Departamento de Biología Estructural están: formar nuevos científicos especialistas en Biología Estructural, mediante el reclutamiento de potenciales candidatos y su entrenamiento en centros de investigación de excelencia en el exterior; abrir oportunidades a jóvenes científicos venezolanos formados en Biología Estructural, permitiéndoles iniciar sus propias líneas de investigación sin la barrera natural que implica el altísimo costo de los equipos que se utilizan en dicha área.

Los objetivos específicos actuales son: el estudio del mecanismo molecular de la contracción muscular y su regulación, con énfasis en la Biología Estructural de los filamentos gruesos de músculo estriado; el estudio de la Biología Estructural de la mielina humana en sus aspectos fisiológicos y patológicos; y además la prestación de servicios a la comunidad basados en nuestra experticia científica.

El Departamento de Biología Estructural introduce por vez primera la posibilidad de realizar de estudios estructurales en Biología y otras disciplinas y tecnologías para todo el país, poniendo a la disposición equipos y tecnologías de punta, con la meta de insertar la disciplina de la Biología Estructural en Venezuela.El Departamento de Biología Estructural ha sido designado recientemente como Centro Latino-Americano Philips de Crio-Microscopía Electrónica (CLAPCME) lo cual permite extender sus actividades a toda Latino-America y cuya pagina de web puede ser visitada en http://clapcme.ivic.ve/

Las investigaciones del Departamento de Biología Estructural han sido reconocidas a nivel internacional por la Howard Hughes Medical Institute, al designar al Dr. Raúl como su único International Research Scholar en Venezuela; por la Universidad de Valencia (España) al designar al Dr. Leonardo Mateu como miembro de su cuerpo de docentes en calidad de especialista en Técnicas Experimentales Avanzadas; y por el International Center for Diffraction Data al designar al Dr. Rodolfo Vargas como miembro electo.

El Departamento está conformado actualmente por estos dos laboratorios lo cual permite la sinergia de la experticia de las Técnicas estructurales de ambos laboratorios (difracción de rayos-X y Microscopía Electrónica respectivamente). Una característica importante de este Departamento es que el personal científico representa un amplio espectro de experticia científica la cual se extiende desde la Biología a través de la Biología estructural, bioquímica, química y física hasta la ingeniería y matemáticas. Las investigaciones se llevan a cabo en pequeños grupos, la mayoría de tres a cuatro personas y nunca mayor que alrededor de una docena, cada uno bajo el liderazgo de un investigador titular. La falta ex-profeso de una estructura organizacional rígida y de una jerarquía rígida asegura que la experiencia de cada individuo se comparte plenamente. Los científicos visitantes tienen libertad para modificar sus colaboraciones y trabajar con cualquier miembro del staff permanente cuya experticia sea necesaria para resolver cada problema en cuestión.

Los recursos para apoyar los programas científicos del Departamento se organizan de manera tal de que se alcance y se mantenga la máxima flexibilidad de acción durante cada año. La política general del Departamento es la de proveer un ambiente intelectual y un sentido de comunidad que aliente y capacite a todos los miembros del Departamento a alcanzar sus máximas potencialidades, compartiendo de manera plena los equipos e infraestructura. No obstante que para efectos administrativos el Departamento de Biología Estructural esta dividido en los dos Laboratorios mencionados la colaboración entre ambos es extensa, ocurriendo sistemáticamente asociaciones transitorias entre miembros individuales de su personal científico para resolver problemas de interes común.

Nuestro personal esta formado por 3 investigadores (1 titular Emérito, 1 titular y un Asociado), 2 postdoctorantes, alrededor de 4 colaboradores visitantes nacionales e internacionales; 4 Profesionales de Apoyo a la Investigación; 1 Profesional de Apoyo a los Servicios; 1 Técnico de Apoyo a la Investigación; una secretaria ejecutiva, y un auxiliar de laboratorio, todos los cuales contribuyen a llevar a cabo 15 proyectos en Biología Estructural y Neurobiología.
El Departamento tiene facilidades que incluyen: una biblioteca de Biología Estructural, facilidades de computación, modelaje molecular y procesamiento digital de imágenes, taller de micromecánica, taller de Electrónica, y un bioterio en construcción.

Actualmente el Departamento provee entrenamiento y facilidades para 2 Postdoctorantes y alrededor de 14 Estudiantes (2 Estudiantes Graduados, 1 Estudiante Asistente, 3 Estudiantes Visitantes, 6 Estudiantes en Entrenamiento, 2 Estudiantes Tesistas y 3 Profesionales en Entrenamiento) los cuales son reclutados de universidades y laboratorios del país y en oportunidades del exterior, creando una comunidad activa e internacional para el intercambio de ideas e innovación técnica. Los estudiantes venezolanos son becados por el Centro de Estudios Avanzados, por el CONICIT o por la Fundación Gran Mariscal de Ayacucho; mientras que los estudiantes extranjeros usualmente son financiados por becas provenientes de sus propios países. Los estudiantes y postdoctorantes que hayan identificado un área de investigación del Departamento en la cual deseen trabajar pueden aplicar directamente a los miembros del personal científico con los cuales están interesados en trabajar. Los potenciales aplicantes son bienvenidos a realizar una visita preliminar o consultar nuestra pagina de web: http://cbe.ivic.ve.

El Departamento de Biología Estructural oferta a traves del Centro de Estudios Avanzados (CEA) nuevas materias en Biología Estructural a nivel de postgrado relacionadas al campo de experticia del Departamento y mantiene además un programa continuo de seminarios y video-conferencias en Biología Estructural y áreas relacionadas dirigido a estudiantes de Biología en general que pueden ser consultados en nuestra pagina de web.

Escultura "Círculo Radial" ubicada en los jardines del Departamento de Biología Estructural. Autor: Fredy Benavides (Foto: Mardonio Díaz)
Las investigaciones del Departamento se centran en el estudio de la estructura de moléculas biológicas o arreglos supramoleculares claves y la manera como ellos operan. Nuestra comprensión estructural de estos componentes celulares provee un fundamento firme en la cual un nuevo horizonte intelectual puede aparecer. Nuestro interes científico se ha diversificado lo cual se refleja en las metas de investigación de los miembros individuales del personal, las cuales, al igual que una lista completa de los proyectos, así como los científicos envueltos se puede examinar en nuestra pagina de web y en las paginas siguientes. Algunas áreas actuales de investigación en el departamento son: estructura de macromoléculas y membranas biológicas; mecanismo molecular de la contracción muscular y su regulación; estructura y función de los filamentos gruesos y delgados de músculo estriado; difracción de rayos-X de pequeño ángulo; crio-microscopía electrónica; análisis y procesamiento digital de imágenes; modelaje y dinámica molecular.

El Departamento de Biología Estructural tiene una larga experiencia en el estudio de estructuras complejas – siempre con el objetivo de comprender como se ensamblan y como funcionan. Estas estructuras supramoleculares se pueden aislar, identificándose sus componentes y determinar sus estructuras por medios físicos, tales como análisis de rayos-X, resonancia magnética nuclear o Microscopía Electrónica y refinamiento de imágenes. Miembros de este Departamento de Biología Estructural han logrado determinar la estructura tridimensional a alta resolución de arreglos supramoleculares como por ejemplo la estructura atómica del filamento grueso de músculo estriado, cuyo conocimiento tiene implicaciones en el proceso de regulación de la activación por calcio del filamento grueso de músculo estriado. En la actualidad miembros del Departamento están explorando con el crio-microscopio electrónico la subestructura y la manera como se construyen estos filamentos gruesos, los cuales son responsables de la motilidad. El conocimiento que se obtenga sobre el fenómeno de la activación por calcio de los filamentos gruesos de músculo estriado es importante para la comprension de enfermedades como la Cardiopatia hipertrófica familiar.

Dr. Leonardo Mateu, Investigador Emerito del IVIC (Mayo 1998, Foto Mardonio Diaz) Dr. Rodolfo Vargas (Izq.), Investigador Asociado del IVIC y Dr. Gernot Bergold Investigador Emérito del IVIC (Junio 1999, Foto Mardonio Díaz)

El Laboratorio de Estructura Molecular lleva a cabo actualmente los siguientes proyectos específicos: Estudio de la estructura molecular de la mielina y su correlación con ciertos estados fisiológicos y patológicos; Bases estructurales de algunas neuropatías desmielinizantes del sistema nervioso central y periférico en humanos, Determinación de las estructuras y comportamiento del diagrama de fases en los sistemas nistatina-colesterol- lecitina-agua y nistatina-ergosterol-lecitina-agua por difracción de rayos-x a pequeño ángulo; Determinación de la estructura de fases cubicas de monooleina-agua, Q224 y Q230 en presencia de agentes cristalizantes de proteínas; Polimorfismo y estructura de sistemas lipídicos: Estudios por difracción de rayos x.; Estructura de la proteína de inclusión de virus de insectos; y Estructura de sistemas parcialmente ordenados: estudios por difracción de rayos x.

Dr. Raúl Padrón, Investigador Titular del IVIC (Septiembre 1999, Foto Ricardo Barbato)

 El Laboratorio de Biología Estructural lleva a cabo actualmente los siguientes proyectos específicos: Bases estructurales del mecanismo molecular de la contracción muscular; Estructura del arreglo de cabezas de miosina en la superficie de los filamentos gruesos de músculo; Ajuste de las coordenadas atomicas del subfragmento s1 de la molécula de miosina a la reconstrucción tridimensional de filamentos gruesos; Modelo atómico del filamento grueso de músculo; Visualización de filamentos gruesos de por microscopía de fuerza atómica; Subestructura del esqueleto de los filamentos gruesos de músculo; Regulación de la contracción muscular mediante la fosforilación de la cadena ligera reguladora de miosina y Paracoccidioides brasiliensis, estudio estructural, ultraestructural, bioquímico, molecular y computacional para un eventual diseño racional de drogas antifúngicas.

El desarrollo de nuevos métodos ha sido clave en el rápido progreso ocurrido en la Biología Estructural el los últimos años. Un componente crucial de las investigaciones del Departamento de Biología Estructural es por tanto el desarrollo de nuevas Técnicas y aparatos científicos. Nuestro desarrollos tecnológicos incluyen detectores lineales sensibles a posición para rayos-X, métodos de congelamiento rápido con registro simultaneo de fuerza mecánica, software para el análisis de imágenes medicas así como para el análisis de micrografías Electrónicas. En la actualidad hay otros desarrollos solicitados por la industria petrolera dirigidos al estudio estructural de micelas, vesículas, discos y fases "ripple" con surfactantes mediante difracción de rayos-X de pequeño ángulo, crio-seccionamiento, crio-fractura y crio-Microscopía Electrónica.

Dr. Rodolfo Vargas (Izq.), Investigador Asociado del IVIC y Dr. Gernot Bergold Investigador Emérito del IVIC (Junio 1999, Foto Mardonio Díaz)

 El Departamento cuenta con equipos estructurales de frontera, los cuales han sido cofinanciados por el CONICIT y por la Howard Hughes Medical Institute (HHMI), entre los que se cuentan un crio-microscopio electrónico Philips CM-120 equipado con un crio-portaespecimen Gatan 626-DH, un crio-ultramicrotomo y un equipo generador de rayos-X Elliott GX-6 de anodo rotatorio.

Como una actividad de compromiso con el país, el Departamento de Biología Estructural presta varios servicios a la comunidad entre los que se cuentan el Servicio de Análisis Cristalográfico de Cálculos Renales y Biliares, el Servicio Procesamiento de Digital de Imágenes Médicas; el Servicio de Microscopía Electrónica, el Servicio de Microscopía de Luz y el Servicio de Difracción de Rayos-X.


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