Descubrieron una proteína de un alga que permite a los científicos encender y apagar con luz las células cerebrales que elijan.
- Un alga verde tiene una proteína que abre una compuerta diminuta cuando le llega luz azul.
- Si se coloca el gen de esa proteína en neuronas, un destello de luz hace que esas células se activen.
- Ahora los científicos pueden comprobar en animales vivos qué células cerebrales causan un recuerdo, un sentimiento o una conducta.
El problema de antes
En el siglo XX, los investigadores descubrieron qué regiones del cerebro se encargaban de qué tareas. Sus herramientas eran poco precisas. Podían observar la actividad y ver relaciones, pero no podían demostrar que un tipo de neurona causara un sentimiento o una conducta.
Las neuronas con funciones distintas están muy mezcladas entre sí, y los métodos antiguos no podían aislar un solo tipo. Francis Crick había sugerido que la luz sería la forma ideal de controlar tipos concretos de células. Los intentos anteriores necesitaban varios genes o sustancias químicas añadidas, lo que los hacía difíciles de usar en un cerebro vivo.
Cómo funciona
Tomemos un ratón y una pregunta: ¿un grupo de células de su cerebro lo despierta del sueño? Los científicos introducen el gen de la canalrodopsina-2 solo en ese tipo de célula, con un virus modificado como mensajero, de modo que solo esas células construyen la compuerta de luz.
Después introducen una fibra óptica fina por un pequeño orificio en el cráneo. Cuando la luz azul pasa por la fibra, las compuertas se abren en una fracción de milisegundo, entran partículas con carga y solo esas células elegidas se activan.
En el estudio de 2007, iluminar estas células hizo que los ratones dormidos tuvieran más probabilidad de despertarse. Eso mostró que las células pueden provocar el despertar, y no solo estar activas al mismo tiempo. Otras proteínas que responden a otros colores pueden silenciar células, así que los investigadores pueden encender y apagar el mismo circuito.
Timbres sensibles a la luz en casas elegidas
Imagina una ciudad donde todas las casas se ven iguales desde un avión. Instalas un timbre que solo suena cuando lo ilumina una linterna azul, y lo pones solo en casas de un tipo, por ejemplo las panaderías. Ahora puedes sobrevolar la ciudad, encender la luz y ver qué hace la ciudad cuando solo se despiertan las panaderías. La analogía falla en dos puntos: el 'timbre' es una compuerta que deja entrar partículas con carga en la célula, y los científicos lo instalan introduciendo un gen, así que la propia célula construye la compuerta.
- Cambió la neurociencia de 'estas células se activan juntas' a 'estas células causan esto', con un control medido al milisegundo.
- Laboratorios de todo el mundo lo han usado para encontrar en animales los circuitos del dolor, la sed, la alimentación, la recompensa, la atención, la conducta social y el cuidado de las crías.
- En 2012, iluminar las células marcadas durante un recuerdo de miedo bastó para hacer volver ese recuerdo en ratones.
- Un estudio de 2021 informó que un paciente ciego con retinosis pigmentaria recuperó parte de la vista con una proteína parecida a la canalrodopsina y unas gafas que emiten luz.
- Ha aportado nuevos conocimientos sobre la depresión, la ansiedad, la esquizofrenia, el Alzheimer y el Parkinson, y sobre los vínculos entre el corazón, el intestino y el cerebro.
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Tomaron prestada de unas algas una proteína que se activa con luz, para que los científicos puedan encender y apagar neuronas elegidas con un destello.
A un niño
En los estanques vive un ser verde diminuto que puede notar la luz y nadar hacia ella. Los científicos tomaron prestada la parte que usa para notar la luz y la pusieron en células del cerebro de ratones. Ahora, cuando encienden una luz azul, esas células del cerebro se activan, como cuando aprietas un botón.
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Un alga de estanque tiene una proteína que se abre como una compuerta cuando le llega luz azul. Dos científicos alemanes la encontraron a principios de los años 2000. Un psiquiatra estadounidense puso su gen en neuronas, y así un destello de luz hacía que esas células se activaran. Ahora los investigadores pueden encender o apagar tipos exactos de células en un animal vivo y ver qué ocurre. Eso muestra causa y no solo correlación.
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El cerebro tiene unos 90 mil millones de neuronas, y células con funciones totalmente distintas están mezcladas entre sí. Durante un siglo, los científicos podían ver qué zonas se encendían, pero no podían demostrar qué células causaban qué. Imagina una ciudad donde todas las casas se ven iguales, y quieres saber qué hacen las panaderías. Ahora imagina que instalas un timbre que solo suena con luz azul, y lo pones solo en las panaderías. Eso hicieron estos tres para el cerebro. Hegemann y Nagel encontraron el timbre: una proteína llamada canalrodopsina en un alga verde que nada hacia la luz. Deisseroth descubrió cómo instalarla en neuronas. En uno de los primeros experimentos, su equipo la puso en un grupo concreto de células de ratones dormidos e iluminó a través de una fibra fina. Los ratones tuvieron más probabilidad de despertarse. Eso mostró que esas células pueden provocar el despertar. El mismo truco se ha usado desde entonces para encontrar circuitos de los recuerdos de miedo, la sed, la recompensa y el dolor, y ahora se prueba para devolver algo de vista a personas que quedaron ciegas por una enfermedad del ojo.
- Canal iónico
- Una compuerta diminuta en la capa exterior de una célula que deja entrar o salir partículas con carga.
- Canalrodopsina
- Una proteína de algas que es un canal iónico y se abre cuando le llega luz azul.
- Optogenética
- Usar genes y luz para encender o apagar células elegidas.
- Chlamydomonas
- Un alga verde de una sola célula, de unos 0,015 mm de ancho, que nada hacia la luz.
- Señal nerviosa
- Un breve impulso eléctrico que emite una neurona para transmitir un mensaje.
- Fibra óptica
- Un hilo fino de vidrio que lleva la luz al interior de los tejidos.
- Engrama
- El conjunto concreto de neuronas que guarda un recuerdo.
- Retinosis pigmentaria
- Una enfermedad hereditaria del ojo que destruye las células que captan la luz y causa ceguera.
Sources, reader versions and the quiz are on the English page.