Premio Fronteras del Conocimiento a los impulsores de la optogenética

El Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Biomedicina ha recaído en su octava edición en los neurocientíficos Edward Boyden, Karl Deisseroth y Gero Miesenböck. Los galardonados han desarrollado la optogenética, que permite estudiar el funcionamiento del cerebro con una precisión sin precedentes.

En apenas cinco años, miles de grupos en todo el mundo han empezado a usar la técnica para investigar el sueño, el apetito, la toma de decisiones, la percepción del tiempo o la formación de recuerdos, así como entender los mecanismos de la epilepsia, el párkinson, la depresión e incluso algunas formas de ceguera.

La peculiaridad de la optogenética es que permite controlar la actividad de las neuronas deseadas simplemente con luz de una longitud de onda adecuada. Anteriormente, las prácticas más extendidas en el estudio del cerebro en vivo permitían modificar la actividad de cientos o miles de neuronas, pero con escasa selectividad.

Con esta técnica se puede actuar exclusivamente sobre las neuronas en las que previamente se han introducido proteínas sensibles a la luz y, por lo tanto, permite ser adaptada por los investigadores según el experimento. 

Como dijo ayer Ed Boyden (EE UU, 1979), catedrático del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), tras conocer el fallo del jurado, “si imaginamos que el cerebro es como un ordenador, la optogenética es como un teclado que nos permite enviarle instrucciones muy precisas. Es una herramienta que nos permite un control exquisito del cerebro”.

Por su parte, Gero Miesenböck (Austria, 1965), catedrático de la Universidad de Oxford (Reino Unido), recordó cómo tuvo la idea que dio lugar a la optogenética a finales de los noventa: “Investigaba cómo visualizar la actividad de las neuronas usando proteínas sensibles a la luz y una tarde de sábado de repente me vino la idea: ¿no sería increíble no solo leer la actividad del cerebro sino también poder controlar su actividad?”.

Como explica el acta del jurado, la optogenética “ha revolucionado el estudio de la función cerebral y actualmente es empleada por neurocientíficos de todo el mundo”. Comprender la función de los circuitos cerebrales “requeriría el desarrollo de una tecnología que permitiese controlar selectivamente neuronas individuales sin afectar la actividad de otras neuronas. La optogenética es precisamente esta tecnología”.

Los galardonados han destacado además cómo el conocimiento sobre los circuitos neuronales implicados en enfermedades permitirá desarrollar fármacos mucho más específicos que los actuales.

Una técnica universalizada

La especificidad de la técnica se logra empleando la genética. En las últimas décadas los neurocientíficos han avanzado mucho en la identificación de distintas poblaciones de neuronas por los genes que expresan; la optogenética emplea estos genes para dirigir las proteínas sensibles a la luz a las neuronas deseadas. Para la introducción en sí de las proteínas se emplean técnicas de terapia génica.

En 2002 Miesenböck fue el primero en demostrar que efectivamente era posible controlar la actividad de las neuronas con luz. Lo hizo con células en cultivo. En 2005 su ayudante postdoctoral Susana Lima logró implementar la técnica en organismos vivos, en concreto la mosca de la fruta: activando solo dos de entre cientos de miles de neuronas, la optogenética hacía que las moscas empezaran a volar.

Sin embargo, la técnica tenía un inconveniente: las proteínas utilizadas producían una activación modesta de las neuronas, y resultaba poco probable que pudiera aplicarse a gran escala. Karl Deisseroth (EE UU, 1971) y Ed Boyden aportarían la solución. En el año 2000, ambos daban vueltas a “cómo controlar las neuronas con distintos tipos de energía”, explica Boyden.

Como Miesenböck, empezaron a trabajar con proteínas sensibles a la luz, pero durante años no avanzaron. Retomaron la investigación en 2004, esta vez empleando un tipo de proteínas, recién descubiertas por otros grupos en una especie de alga verde, capaces de reaccionar a la luz mucho más eficientemente que las usadas por Miesenböck.

Deisseroth y Boyden publicaron su trabajo en 2005. Desde entonces la técnica ha seguido refinándose, por ejemplo con proteínas que reaccionan a distintas velocidades y a diferentes tipos de luz, lo que amplía la variedad de funciones cerebrales que pueden ser estudiadas. Entre los neurocientíficos, el éxito de la optogenética no ha dejado de crecer.