FICHA 4 BIOLOGÍA: LUZ Y GENÉTICA

Protagonista

Una de las aplicaciones más espectaculares de la luz tiene que ver con el estudio del funcionamiento del cerebro. Hace unos meses, las famosas revistas Nature y Science incluyeron en su lista de los descubrimientos más importantes de la década a una técnica conocida como optogenética. Esta técnica permite encender y apagar en vivo genes y neuronas concretas del cerebro simplemente apagando y encendiendo una luz. Suena increíble, pero funciona y ya se está aplicando.

La idea de utilizar la luz para controlar neuronas procede del mismísimo Francis Crick, codescubridor junto con James Watson de la estructura del ADN. Crick comenzó a hablar de su idea en una serie de conferencias que impartió en 1.999 en la Universidad de California en San Diego. Otro de los pioneros de esta técnica es el científico español emigrado a EE.UU Rafael Yuste, que demostró experimentalmente que la luz láser podía usarse para activar neuronas vivas. Yuste también fue uno de los primeros en proponer construir un mapa de la actividad cerebral. Otra característica importante de esta técnica es que se basa en la utilización de moléculas fotosensibles fabricadas por microorganismos; como la canalrodopsina-2, una proteína que fabrican ciertas algas marinas unicelulares y que provoca que naden acercándose o alejándose de la luz solar.

La canalrodopsina-2 tiene la forma de un tubo que atraviesa la membrana celular. Cuando la luz azul incide sobre ella, el tubo se abre y permite que los iones de sodio del exterior entren en la célula y disparen el impulso nervioso. Los científicos pronto descubrieron que podía ser útil como herramienta para controlar el comportamiento de las neuronas del cerebro, y que era mucho más rápida que las sustancias químicas y más precisa que los estímulos eléctricos usados hasta entonces para estimular neuronas. En una serie de experimentos posteriores, aislaron el gen de la canalrodopsina-2 y lo introdujeron en un virus. Luego, inyectaron el virus en el cerebro de ratones para que infectara las neuronas y les traspasara el gen. Así consiguieron que la proteína de las algas se expresase en la membrana de las neuronas. Solo quedaba iluminar las neuronas con luz azul a través de un cable de fibra óptica conectado al cerebro del ratón, y ¡voila!, neuronas activadas a voluntad con tan solo encender una luz. Utilizando otras proteínas de la misma familia, como la halorodopsina, que responde a la luz amarilla, también se pueden “apagar” neuronas para comprobar como afecta esto al funcionamiento cerebral.

Futuro

La evolución de la optogenética comenzó en los años setenta del pasado siglo y todavía no ha terminado. En ella han participado muchos científicos de diferentes países. Es una técnica que ha permitido avanzar en el estudio del origen de enfermedades mentales como la narcolepsia, la esquizofrenia o la enfermedad de Parkinson. Se espera que en el futuro la técnica sirva para comprender como las redes neuronales controlan el comportamiento y las acciones complejas.

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