Optogenética: arrojando luz sobre los circuitos neuronales

El Premio Nobel de Medicina de 2026 ha reconocido el desarrollo de la optogenética, una tecnología que permite controlar la actividad de poblaciones específicas de neuronas mediante luz.

Si estás leyendo estas líneas es gracias a que, en primera instancia, unas células especializadas de tu retina, que también son neuronas, son sensibles a la luz. La optogenética utiliza un principio análogo: utilizando técnicas de ingeniería genética es posible introducir proteínas fotosensibles, conocidas como canalrodopsinas, en tipos concretos de neuronas, de manera que estas células pueden activarse con pulsos de luz. Así, mediante la implantación de una fuente de luz en el cerebro (generalmente una fibra óptica, aunque actualmente existen métodos más sofisticados), la optogenética permite controlar la actividad de los circuitos neuronales con una extraordinaria precisión espacial y temporal.

En uno de los experimentos pioneros de optogenética, publicado en 2011, investigadores del laboratorio de Karl Deisseroth y sus colaboradores consiguieron controlar determinados circuitos de la amígdala, una región cerebral implicada en la regulación de las emociones. El efecto era inmediato y reversible: encender o apagar la luz modificaba la ansiedad de los animales. Menos de una década después, la optogenética no solo se había convertido en una herramienta esencial en los laboratorios que estudian circuitos neuronales, sino que la sofisticación de los experimentos permitía controlar neuronas individuales, activar poblaciones neuronales asociadas a recuerdos concretos e incluso recuperar recuerdos aparentemente perdidos en modelos animales de la enfermedad de Alzheimer.

La historia de esta revolución comienza, sin embargo, en el estudio de unas algas unicelulares: las clamidomonas son unas algas fotosintéticas que, gracias a su capacidad para percibir la luz del sol, nadan hacia las zonas mejor iluminadas de los lagos y ríos en los que habitan. En los años ochenta, Peter Hegemann, investigador del Instituto Max Planck de Bioquímica, cerca de Múnich, comenzó a estudiar cómo estas algas captan la luz y orientan sus movimientos. Por aquel entonces, pensaba que tardaría menos de un año en identificar la proteína que les permitía detectar la luz. Acabó necesitando unos quince. Finalmente, en colaboración con Georg Nagel, investigador del Instituto Max Planck de Biofísica de Fráncfort, identificó y caracterizó las canalrodopsinas.

En 2003, Hegemann y Nagel demostraron, además, que estas proteínas podían introducirse en células de mamífero y hacerlas sensibles a la luz. Karl Deisseroth, investigador en la Universidad de Stanford y psiquiatra de formación, vio en los experimentos de Hegemann y Nagel una herramienta capaz de modificar los circuitos neuronales implicados en las enfermedades mentales. En 2005, Deisseroth y sus colaboradores demostraron que era posible utilizar estas proteínas para controlar con precisión la actividad eléctrica de las neuronas, sentando las bases de la optogenética moderna. A estos avances contribuyeron también los dos investigadores que compartieron el Premio Fronteras del Conocimiento de la Fundación BBVA con Deisseroth: Gero Miesenböck, cuyo equipo ya había conseguido activar neuronas mediante luz en 2002 utilizando otras proteínas fotosensibles, y Edward Boyden, primer autor del trabajo de 2005 realizado junto a Deisseroth.

En los últimos años, la optogenética ha evolucionado vertiginosamente gracias, en gran medida, a su combinación con otras tecnologías. Mediante técnicas de microscopía y holografía, hoy es posible dirigir la luz hacia neuronas individuales o grupos de neuronas seleccionadas. Además, nuevas proteínas fotosensibles permiten tanto activar como inhibir la actividad neuronal. En combinación con técnicas adecuadas de ingeniería genética, se han identificado los circuitos neuronales implicados en funciones tan diversas como la búsqueda de alimento, el sueño, la agresividad o el cortejo, y se ha conseguido incluso bloquear o favorecer la formación de recuerdos. Mi equipo publicó recientemente una herramienta que permite reconocer las principales familias de neuronas del cerebro, combinando la optogenética para identificar tipos neuronales con técnicas de inteligencia artificial capaces de aprender a reconocerlos. En el marco de mi Beca Leonardo de la Fundación BBVA, utilizamos una tecnología que combina registros de grupos neuronales con fuentes de luz del tamaño de una célula para escribir patrones de actividad en los circuitos cerebrales. Buscamos comprender las reglas que permiten a los circuitos neuronales ser plásticos y cambiar con la experiencia.

Si bien la posibilidad de tratar enfermedades humanas estuvo presente desde sus inicios, trasladar la optogenética a la práctica clínica sigue siendo un desafío. Uno de sus primeros avances clínicos se ha producido precisamente en el campo de la visión. En 2021, un equipo internacional consiguió recuperar parcialmente la capacidad visual de un paciente con una enfermedad degenerativa de la retina, utilizando canalrodopsina, la proteína que descubrieron y caracterizaron Hegemann y Nagel, y que utilizan las algas para buscar la luz.

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