El Instituto Karolinska otorgó el Premio Nobel de Medicina a los investigadores Karl Deisseroth, de la Universidad de Stanford; Peter Hegemann, de la Universidad Humboldt de Berlín, y Georg Nagel, de la Universidad de Würzburg, cuyos descubrimientos condujeron al desarrollo de la optogenética, una técnica que permite activar o desactivar la actividad de células nerviosas individuales en un cerebro vivo mediante haces de luz.
De acuerdo con Per Svenningsson, presidente del Comité Nobel de Medicina, este método “ofrece oportunidades para mapear el cerebro de una manera que antes solo podíamos soñar”, lo que facilita la comprensión de uno de los órganos más complejos del organismo y abre nuevas vías para tratar diversas enfermedades y trastornos neurológicos.
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¿No quedamos en que esto no era buena idea? Pues hay laboratorios de investigación que desarrollan estudios y tecnologías que siempre creímos imposibles.
Especialistas afirman que este Nobel celebra el encuentro entre distintas disciplinas, debido a que los hallazgos que sirvieron como base para el desarrollo de la optogenética surgieron de investigaciones en microbiología.
A finales del siglo pasado, Peter Hegemann inició una serie de estudios para comprender cómo el alga unicelular Chlamydomonas es capaz de detectar y reaccionar a la luz para desplazarse hacia ella a una velocidad 20 veces mayor que el ojo humano.
Investigaciones previas habían documentado que Chlamydomonas detecta la luz mediante una “mancha ocular”, un pequeño punto naranja ubicado en su superficie que contiene retinal, una molécula captadora de luz.
Hegemann utilizó minúsculos electrodos para medir las señales eléctricas generadas por el alga y ampliar el conocimiento sobre la rápida respuesta de dicha estructura. El científico descubrió que el organismo era capaz de producir un impulso eléctrico cerca de 0.5 milisegundos después de recibir luz. Esta capacidad de respuesta resultó ser más veloz que la del ojo humano, cuyo proceso de detección lumínica tarda al menos 10 milisegundos.
Todo comenzó gracias a una alga
Hegemann sugirió que la detección de luz en el alga debía ser resultado de un proceso mucho más sencillo que el identificado en el ojo humano. A principios de los años noventa propuso que un único grupo de proteínas era responsable de captar la luz y funcionar directamente como un canal iónico. En aquel momento, esta hipótesis generó controversia porque, aunque ya se conocían diversos canales iónicos, ninguno de los documentados hasta entonces podía responder por sí mismo a la luz.
Para probar su planteamiento, el científico intentó aislar las proteínas fotosensibles de la mancha ocular. Sin embargo, al extraerlas de su entorno natural, estos elementos proteicos se volvían inestables y se dañaban. Más tarde, un grupo de investigadores japoneses secuenció el ADN completo de Chlamydomonas, lo que permitió al equipo de Hegemann identificar dos genes con características similares a las proteínas fotosensibles.
El siguiente paso consistía en comprobar la función de estos genes como canales iónicos. Hegemann recurrió a Georg Nagel, quien diseñó un modelo experimental que consistió en introducir por separado copias de cada uno de los genes identificados en diferentes grupos de óvulos de rana.
Los óvulos comenzaron a fabricar las proteínas correspondientes y estas terminaron localizándose en la membrana de las células. Posteriormente, Nagel realizó un segundo experimento que consistió en iluminar las proteínas producidas para comprobar su función.
Fue entonces cuando Nagel descubrió que ambos grupos de proteínas funcionaban como canales iónicos que se abrían cuando recibían luz y los denominó canalrodopsina-1 y canalrodopsina-2. La segunda sería particularmente importante para el desarrollo posterior de la optogenética.
El mecanismo quedó demostrado de manera directa: al iluminar la canalrodopsina-2, el canal se abría, permitiendo que iones con carga positiva atravesaran la membrana. Ese flujo producía una señal eléctrica. Además, el fenómeno ocurría en apenas 0.2 milisegundos, confirmando que la extraordinaria velocidad observada originalmente en Chlamydomonas podía explicarse por la acción de un canal iónico directamente activado por la luz.
