Por Mengyao y Henry, desde la Oficina de QbitAI
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Acaban de anunciar el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2026.
Karl Deisseroth, Peter HegemannyGeorg Nagelson los tres científicos galardonados de forma conjunta.
La razón que dio el Comité Nobel para el premio fue: reconocer sus descubrimientos sobre canales iónicos controlados por luz y la optogenética.
Lo que los tres galardonados establecieron conjuntamente es uno de los avances metodológicos más importantes de los últimos 20 años en neurociencia:la optogenética(Optogenetics).
Su avance más esencial es permitir a los científicos activar o inhibir con precisión, mediante luz, tipos específicos de neuronas en escalas temporales de milisegundos.
En el pasado, los investigadores solo podían observar en general que cierta región cerebral o cierto grupo de neuronas se activaba de manera sincronizada durante la formación de memorias, los cambios emocionales, el control motor o la aparición de cierto comportamiento.
La optogenética cambió esto.
Los investigadores pueden manipular activamente la actividad de neuronas específicas y luego observar si el comportamiento ocurre, se debilita o desaparece, pasando así muchas cuestiones de la observación de correlaciones a la verificación de relaciones causales.
Este método se convirtió rápidamente en una herramienta fundamental para estudiar los circuitos neuronales, y se ha usado ampliamente en la investigación de la memoria, la recompensa, la adicción, el control motor, así como en los mecanismos de múltiples enfermedades neurológicas y psiquiátricas.
Y esta revolución de herramientas en neurociencia tuvo en realidad su origen en un alga verde unicelular que nada persiguiendo la luz.
De un interruptor de luz en un alga verde al control de neuronas
El punto de partida de la optogenética fue, en realidad, inesperado: un alga verde.
Algunas algas verdes unicelulares cambian su dirección de nado según la luz. Para lograrlo, necesitan en su interior un mecanismo capaz de convertir la 'luz' rápidamente en 'señales eléctricas'.
En esencia, se trata de un canal iónico controlado por luz: cuando la luz incide, el canal se abre, los iones atraviesan la membrana celular y el potencial de membrana cambia en consecuencia.
Lo interesante al aplicar esto a las neuronas es que la transmisión de información neuronal ya depende, por naturaleza, de flujos iónicos y cambios en el potencial de membrana.
Por lo tanto, basta con insertar en las neuronas este canal iónico que 'se abre con la luz' para que, en teoría, se pueda usar directamente la luz para controlar cuándo disparan las neuronas.
Lo que hicieron Peter Hegemann y Georg Nagel fue empujar de verdad esa puerta.
Hegemann estudió durante mucho tiempo cómo el alga verde unicelular Chlamydomonas reinhardtii percibe la luz.
Esta alga verde no tiene ojos, pero nada persiguiendo la luz, así que Hegemann se dio cuenta desde temprano de que ahí podría esconderse una proteína capaz de convertir directamente el estímulo lumínico en señales eléctricas.
En 2002, Hegemann, Nagel y sus colaboradores identificaron la primera Channelrhodopsin.
En 2003, caracterizaron además la Channelrhodopsin-2, es decir, ChR2, confirmando que es un canal catiónico que puede abrirse directamente con la luz.
Con esto, quedó encontrado un 'interruptor de luz' que existe de forma natural en el alga verde.
A continuación, Karl Deisseroth lo convirtió verdaderamente en una herramienta de neurociencia.
En 2005, el equipo de Deisseroth introdujo la ChR2 en neuronas de mamíferos, y descubrió que bastaba con iluminarlas con luz azul para inducir potenciales de acción en las neuronas con precisión de milisegundos.
Llegados a este punto, la optogenética quedó realmente consolidada, y los investigadores podían además recurrir a métodos genéticos para hacer que solo cierto tipo de neuronas expresara esta proteína sensible a la luz.
Así, algo que antes era muy difícil de hacer se volvió de repente operativo:
seleccionar un tipo de neuronas, instalarles un «interruptor óptico» y usar la luz para controlar con precisión cuándo se activan y cuándo se silencian.
Lo más importante de la optogenética es que resolvió un problema de larga data en la neurociencia: cómo pasar de «ver la actividad cerebral» a «verificar quién está controlando realmente el comportamiento».
Posteriormente, este método se utilizó ampliamente para estudiar la memoria, el sueño, la recompensa, la adicción, el movimiento, la ansiedad, la depresión, el comportamiento social, así como diversos circuitos cerebrales relacionados con trastornos neurológicos y psiquiátricos.
Su mayor ventaja también es clara: puede dirigirse a tipos celulares específicos, ofrece una alta precisión espacial y permite además un control temporal en escala de milisegundos.
Durante los últimos 20 años, los investigadores han seguido modificando la Channelrhodopsin.
Algunas responden más rápido, otras pueden activarse con luz de diferentes colores, unas se encargan de «encender» las neuronas y otras de «apagarlas».
Por eso, en la declaración oficial del premio Nobel de este año, se escribieron deliberadamente las dos partes de forma paralela: «light-gated ion channels» y «optogenetics».
La primera parte corresponde al descubrimiento y estudio de los mecanismos de los canales iónicos controlados por luz realizado por Hegemann, Nagel y otros.
La segunda parte corresponde a Deisseroth y otros, quienes llevaron estas herramientas moleculares de verdad al sistema nervioso y las convirtieron en un sistema tecnológico capaz de manipular circuitos neuronales.
Al unir las contribuciones de los tres científicos, se dibuja en realidad una trayectoria muy completa:
primero encontrar el «interruptor luminoso» en las algas verdes, luego instalarlo en las neuronas y, finalmente, permitir por primera vez que los científicos controlen con luz células específicas del cerebro con precisión.
Tres científicos encajaron las tres piezas más cruciales del rompecabezas de la optogenética
Karl Alexander Deisseroth｜Karl Alexander Deisseroth
Karl Alexander Deisseroth (Karl Alexander Deisseroth, 18-11-1971—) es un neurocientífico, psiquiatra e ingeniero biomédico estadounidense, actualmente profesor de Bioingeniería y de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento en la Universidad de Stanford e investigador del Howard Hughes Medical Institute.
Su trayectoria abarca de manera muy típica la medicina, la neurociencia y la ingeniería.
En 1992, Deisseroth se graduó en Ciencias Bioquímicas en la Universidad de Harvard, luego ingresó al programa MD-PhD de Stanford, donde obtuvo el doctorado en Neurociencia en 1998 y el título de Doctor en Medicina en 2000.
Lo que realmente lo colocó en el centro de la optogenética fue el trabajo de 2005.
En ese entonces, Deisseroth, junto con Edward Boyden, Feng Zhang y otros, introdujo la Channelrhodopsin-2, es decir, ChR2, en neuronas de mamífero, y descubrió posteriormente:
bastaba con iluminar con luz azul para controlar con precisión de milisegundos que las neuronas generaran potenciales de acción.
Ese paso convirtió directamente los «canales iónicos controlados por luz» que antes existían solo en microorganismos en una herramienta para manipular el sistema nervioso.
Desde entonces, el equipo de Deisseroth siguió impulsando el desarrollo de la optogenética y desarrolló tecnologías de aclaramiento tisular e imagen como CLARITY.
Así pues, su contribución es clara: llevó de verdad los canales iónicos controlados por luz a la neurociencia, haciendo de «controlar neuronas con luz» un método de uso generalizado.
Peter Hegemann｜Peter Hegemann
Peter Hegemann (Peter Hegemann, 11-12-1954—) es un biofísico alemán, actualmente profesor de Biofísica Experimental en la Universidad Humboldt de Berlín y titular de la cátedra Hertie de Neurociencia.
En comparación con Deisseroth, Hegemann siguió una trayectoria de investigación básica más pura.
Nació en Münster, Alemania, estudió química y bioquímica en la Universidad de Münster y en la Universidad de Múnich, y completó su doctorado en 1984 en el Instituto Max Planck de Bioquímica.
A partir de 1993 fue profesor en la Universidad de Ratisbona y luego se trasladó a la Universidad Humboldt de Berlín.
Durante décadas, Hegemann ha estudiado una pregunta que parece muy básica: ¿cómo perciben la luz exactamente las microalgas unicelulares?
Esta línea de investigación condujo directamente a la Channelrhodopsin.
Junto con Georg Nagel y otros, descubrió y caracterizó las canalrodopsinas, demostrando que esta proteína puede integrar en una misma molécula la percepción de la luz y el control del flujo iónico.
Para la optogenética, ese paso equivalió a encontrar la «pieza» más esencial.
Sin este canal iónico controlado por luz que existe de forma natural, toda la tecnología posterior de «controlar neuronas con luz» no habría sido posible.
Georg Nagel｜Georg Nagel
Georg Nagel, nacido en 1953, es un biofísico alemán, actualmente profesor en la Universidad de Wurzburgo, que ha investigado durante mucho tiempo fotorreceptores microbianos, proteínas de membrana y herramientas optogenéticas.
Nagel nació en Weingarten, Alemania, estudió biología y biofísica en la Universidad de Constanza y obtuvo su doctorado en la Universidad de Fráncfort en 1988.
Posteriormente realizó investigaciones posdoctorales en la Universidad de Yale y en la Universidad Rockefeller, y durante mucho tiempo lideró un grupo de investigación en el Instituto Max Planck de Biofísica.
Su contribución más crucial se centró en los años en que Channelrhodopsin fue verdaderamente «identificado con certeza».
En 2002 y 2003, Nagel junto con Hegemann y otros identificaron y caracterizaron sucesivamente Channelrhodopsin-1 y Channelrhodopsin-2.
Entre ellos, ChR2 resultó especialmente crucial.
Demostraron que ChR2 es en sí mismo un canal catiónico que puede activarse directamente con luz y que, al introducirlo en células de mamífero, la iluminación provoca la despolarización de la membrana celular.
Este paso dio prácticamente de forma directa la ruta tecnológica posterior: dado que la luz puede modificar la actividad eléctrica de la membrana celular a través de ChR2, al instalarlo en las neuronas existiría la posibilidad de controlar directamente su actividad de disparo.
Hegemann y Nagel encontraron y aclararon el propio «interruptor óptico», mientras que Deisseroth instaló realmente ese «interruptor óptico» en las neuronas y lo desarrolló hasta convertirse en la optogenética.
Fue gracias a esta secuencia, primero uno y luego el otro, que hoy existe todo el sistema tecnológico para estudiar el cerebro con luz.
Enlaces de referencia:
[1]
Puede consultar el perfil en el enlace https://med.stanford.edu/profiles/karl-deisseroth.
[2]
Puede consultar la página del ganador de 2013 en el enlace https://brainprize.org/winners/optogenetics-2013/peter-hegemann.
[3]
Puede consultar la página del grupo en el enlace https://www.biologie.hu-berlin.de/de/gruppenseiten/expbp/groupmembers/prof.-hegemann-peter.