Bienvenidos a la optogenética, la técnica que acaba de ser premiada con un Nobel
¿Qué tienen en común un alga verde, una neurona y un premio Nobel? Pues una proteína sensible a la luz azul. Y una buena dosis de curiosidad científica.
El alga verde.
Es un organismo unicelular curioso: una pequeña célula verde, capaz de hacer fotosíntesis. Tiene la forma de un renacuajo cabezón y dos finas colitas llamadas flagelos que funcionan como un pequeño motor a propulsión. Gracias a ellas, la célula se desplaza en busca de mejores condiciones de luz, que necesita para fabricar los azúcares con los que se alimenta. En un extremo de su cuerpo tiene una pequeña mancha pigmentada, el estigma, que forma parte de su sistema de orientación hacia la luz. El alga se llama Chlamydomonas reinhardtii. Si quieres conocerla en su microscópica belleza, te dejo una foto, y si quieres verla nadar, haz clic aquí.
Fuente: Google.
La neurona.
Es una de las miles de millones de células de nuestro sistema nervioso, incluyendo el cerebro. A diferencia del alga, no necesita luz para funcionar. Se comunica con sus vecinas mediante señales eléctricas y químicas, formando una red compleja que nos permite percibir, movernos, recordar, sentir miedo, alegría, hambre y amor…
El premio Nobel.
El pasado 5 de octubre, el Nobel de Fisiología o Medicina fue otorgado a tres científicos por sus descubrimientos sobre los canales celulares sensibles a la luz: el estadounidense Karl Deisseroth y los alemanes Peter Hegemann y Georg Nagel. La historia empezó al observar los movimientos del alga y preguntarse: ¿cómo consigue una diminuta alga detectar la luz y desplazarse hacia ella?
Hegemann y Nagel —biofísico y fisiólogo molecular vegetal respectivamente— descubrieron que la canalrodopsina, una proteína presente en el estigma de la Chlamydomonas, funciona como una especie de puerta microscópica: cuando recibe luz azul abre un canal en la membrana celular y permite el paso de partículas eléctricas, los iones.
Surgió entonces una idea ingeniosa: ¿y si trasladamos el gen que produce esa proteína a una neurona? ¿Podríamos hacerla sensible a la luz y controlar su actividad con un pulso luminoso?
Con la colaboración de Karl Deisseroth, psiquiatra y bioingeniero, y el apoyo de ingeniosas técnicas de ingeniería genética, introdujeron genes de proteínas fotosensibles en neuronas. Una vez que las células fabricaban esas proteínas, podían estimularlas con pulsos de luz azul y hacer que generaran señales eléctricas.
Nació así la optogenética: una técnica que combina genética y luz para controlar con gran precisión la actividad de células específicas.
¿Te quedaste, como yo, en la imagen noventera de los cascos con electrodos para estimular el cerebro y descubrir qué regiones se encienden ante determinados estímulos y emociones? Pues estás atrasado. Aunque los electroencefalogramas siguen siendo herramientas valiosas, la optogenética permite hacer preguntas mucho más específicas: no solo dónde hay actividad, sino qué ocurre cuando intervenimos en un grupo definido de neuronas en un momento preciso. Con ella, el cerebro deja de ser una maraña de inexplicables neuronas complejas: la optogenética permite intervenir en circuitos concretos y preguntar qué sucede cuando los activamos o silenciamos.
¿Cómo se hace? En el laboratorio, los investigadores introducen el gen de la canalrodopsina —la proteína fotosensible— en un grupo determinado de neuronas. Usando fibra óptica, envían pulsos de luz a la región que quieren estudiar, registran qué células se iluminan y observan qué ocurre con la conducta del animal.
Con esa herramienta, por ejemplo, estudiaron el miedo en un ratón. Lo modificaron genéticamente para que sus neuronas brillen cuando se activan. Literalmente ves el cerebro como un cielo estrellado: apuntas un láser azul y puedes encender las neuronas del miedo; lo apagas, y el ratón deja de tener miedo.
Además del miedo, la ansiedad y otras emociones, la optogenética ya está ayudando a estudiar los circuitos relacionados con la memoria o el aprendizaje. ¿Podremos, algún día, aplicarla en humanos?
Se está haciendo. Ya se han dado los primeros pasos clínicos para recuperar parcialmente la visión en personas con algunas enfermedades degenerativas de la retina.
Aunque, para ser sinceros, controlar los circuitos profundos del cerebro humano es mucho más complicado: hay que introducir los genes adecuados, hacer llegar la luz a las neuronas elegidas y garantizar la seguridad del procedimiento.
Mientras recorremos ese largo camino, aplaudamos el ingenio de los tres galardonados. Y un pequeño aplauso también para la pequeña alga verde que, sin saberlo, nos está ayudando a iluminar los rincones más misteriosos de nuestro cerebro.
