La técnica permite utilizar pulsos de luz para activar o inhibir poblaciones concretas de neuronas y estudiar, con una precisión inédita, cómo los circuitos neuronales intervienen en procesos como la memoria, las emociones y el comportamiento
Una proteína descubierta en un alga unicelular ha acabado convirtiéndose en uno de los interruptores más precisos de la neurociencia. El hallazgo está detrás del Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2026, concedido a los investigadores Karl Deisseroth, Peter Hegemann y Georg Nagel por sus descubrimientos sobre los canales iónicos activados por la luz y la optogenética.
La técnica permite utilizar pulsos de luz para activar o inhibir poblaciones concretas de neuronas y estudiar, con una precisión inédita, cómo los circuitos neuronales intervienen en procesos como la memoria, las emociones y el comportamiento. Para entender cómo se llegó hasta ahí hay que retroceder hasta una pregunta aparentemente alejada de la neurociencia: ¿cómo sabe un alga unicelular hacia dónde debe nadar cuando recibe luz?
El origen de la historia está en Chlamydomonas reinhardtii, un organismo unicelular con la capacidad de desplazarse en respuesta a la luz. Peter Hegemann llevaba décadas estudiando los mecanismos que permitían a estas algas detectar la luz cuando, junto a Georg Nagel, identificó una proteína con unas propiedades extraordinarias: la canalrodopsina (channelrhodopsin).
La proteína se encuentra en la membrana celular y funciona como un canal iónico activado por la luz. Cuando recibe luz azul, el canal se abre y permite el paso de iones a través de la membrana, generando un cambio eléctrico en la célula. Lo más importante era que esta propiedad podía trasladarse a otras células: al introducir el gen que codifica la proteína, esas células podían adquirir sensibilidad a la luz.
Ese descubrimiento abrió una nueva posibilidad: hacer que una célula nerviosa respondiera directamente a un haz de luz.
Karl Deisseroth y sus colaboradores dieron el siguiente paso.Introdujeron el gen de la canalrodopsina en neuronas y demostraron que podían activar esas células utilizando luz azul. El avance fue publicado en 2005 y, posteriormente, Deisseroth consiguió utilizar este mecanismo para controlar neuronas en el cerebro de ratones vivos. Había nacido la optogenética, la combinación de genética y óptica que permite controlar la actividad de células previamente modificadas para responder a la luz.
¿Cómo funciona la optogenética?
El principio puede resumirse en tres pasos:
Primero, se introduce en las células un gen que codifica una proteína sensible a la luz. En el caso de las neuronas, estas proteínas pueden funcionar como canales que modifican la actividad eléctrica de la célula cuando reciben una determinada longitud de onda.
Después, se seleccionan las células que se quieren estudiar. La gran ventaja de la técnica es que no es necesario convertir todo el cerebro en un receptor de luz: mediante herramientas genéticas es posible dirigir la expresión de estas proteínas hacia determinados tipos de neuronas o circuitos.
Finalmente, se utiliza la luz para controlar su actividad. Al iluminar las células modificadas, las proteínas fotosensibles cambian de estado y alteran la actividad eléctrica neuronal. Dependiendo de la proteína utilizada, los investigadores pueden conseguir activar o inhibir neuronas.
El resultado es una herramienta capaz de establecer una relación causal entre la actividad de un circuito neuronal y una determinada función o comportamiento.
Antes de la optogenética, los investigadores disponían de distintas técnicas para estudiar el cerebro, pero muchas actuaban sobre conjuntos relativamente amplios de células. Eso dificultaba responder a una pregunta fundamental: ¿qué ocurre exactamente si activamos estas neuronas y no las que están a su alrededor? Por tanto, la optogenética permite acercarse mucho más a esa pregunta. La actividad neuronal puede controlarse en poblaciones celulares muy concretas y en escalas temporales de milisegundos, similares a las utilizadas por las propias neuronas para comunicarse.
Por eso la técnica ha cambiado la manera de investigar los circuitos cerebrales. En lugar de limitarse a observar qué regiones del cerebro se activan cuando ocurre algo, los científicos pueden manipular determinados circuitos y comprobar qué consecuencias produce esa intervención.
¿Para qué se utiliza?
La optogenética se ha convertido en una herramienta fundamental de investigación en neurociencia. Se ha empleado para estudiar circuitos relacionados con la memoria, el miedo, la recompensa, la adicción, el movimiento y diferentes comportamientos, además de mecanismos implicados en enfermedades neurológicas y psiquiátricas.
Una de sus principales aportaciones es precisamente permitir estudiar cómo determinados circuitos contribuyen a una función. Si un investigador activa un conjunto concreto de neuronas y observa un cambio en el comportamiento de un animal, puede investigar con mayor precisión la relación entre ese circuito y la conducta.
Esto ha abierto nuevas vías para estudiar trastornos como la epilepsia, la enfermedad de Parkinson o determinados trastornos psiquiátricos, aunque que una técnica sea útil para investigar una enfermedad no significa que exista ya un tratamiento basado en ella. La mayor parte de las aplicaciones de la optogenética siguen perteneciendo al ámbito experimental.
De investigar el cerebro a intentar recuperar la visión
Una de las aplicaciones clínicas más llamativas se encuentra precisamente fuera del cerebro: en la restauración de la visión. En 2021, un equipo internacional liderado por investigadores vinculados al Institut de la Vision de París comunicó la recuperación parcial de determinadas capacidades visuales en un paciente con retinosis pigmentaria avanzada. La estrategia combinó terapia génica para hacer sensibles a la luz determinadas células de la retina con unas gafas capaces de proyectar imágenes sobre ella. Durante las pruebas, el paciente pudo localizar, contar y tocar objetos.
El resultado constituyó una prueba de concepto de que las herramientas derivadas de la optogenética podían llegar a tener aplicaciones terapéuticas en humanos. Sin embargo, la optogenética no es todavía una terapia generalizada para recuperar la visión ni un tratamiento establecido para las enfermedades neurológicas. El salto desde una herramienta experimental extraordinariamente precisa hasta un tratamiento seguro, eficaz y aplicable a pacientes requiere resolver todavía numerosos problemas biológicos y tecnológicos.
La importancia de la optogenética, por tanto, no reside únicamente en que permita “encender” neuronas con luz. Su verdadero valor está en que proporciona a los investigadores una herramienta para intervenir con precisión en circuitos neuronales y comprobar qué función desempeñan.
FUENTE: Gaceta Médica
